转炉煤气柜活塞水平安全自动控制监测系统分析

引言

钢铁生产在转炉吹氧冶炼过程中会产生大量转炉煤气,既污染环境,又造成能源的巨大浪费。随着钢铁冶炼企业节能减排工作的积极推进,新型的转炉煤气柜作为炼钢产煤气的回收设备,不仅解决了转炉煤气回收的间断性与用户使用的连续性之间的矛盾,且掺匀了不同时段回收的煤气,使输出的煤气成分更加稳定。

目前常用的转炉煤气柜采用的是橡胶膜密封的维金斯干式煤气柜。在转炉煤气柜的自动化控制过程中,煤气柜活塞水平的自动控制监测是整个转炉煤气柜煤气回收安全运行的关键。

1活塞水平自动控制监测

橡胶膜密封的维金斯干式煤气柜工作原理是:气柜无煤气时,活塞全部落在底板上:当气柜充气压力达到一定压力值后,活塞上升,带动活塞T档板同时上升:当气柜送气压力减到一定压力值或转炉煤气加压机运行后,活塞下降,带动活塞T档板同时下降:活塞与T档板之间以及T档板与侧板之间的橡胶布帘随活塞的升降卷上卷下,起到密封气体的作用。

活塞上升或下降速度根据煤气柜进气量和出气量大小在0～4m/min间变动,在活塞升降过程中,保持活塞的位置及水平尤为重要。一旦活塞冲顶或者出现过度倾斜、漂移,将引发严重后果。如因气体外漏、活塞漂移以及活塞倾斜出现的柜体损坏等,都可能造成无法估计的损失,甚至会引发人员伤亡事故。因此柜位活塞平衡测量、预报是煤气柜安全、稳定运行的重要指标之一。

根据我公司多年来煤气柜的施工经验,总结出以下保证活塞长期水平安全运行的方式,以下几种方式建议同时运用,可使各功能相互印证数据。

1.1方式一

采用合理的调平装置系统。调平装置由活塞相连的钢丝绳、柜顶导轮及支架和平衡重砣及导轨组成。当活塞倾斜时,受拉的一段钢绳会反方向对活塞倾斜自动校正。每套调平装置仅能调整活塞在一个方向上的水平度。调平装置应根据柜容大小沿圆周设置合理数量,因为每套装置都是由从活塞径向两点引出钢绳,装置数量会影响柜顶上调平导轮的布置,同时平衡重砣的质量会影响自动校正活塞水平的能力。

1.2方式二

配置活塞水平(倾斜）度检测仪。常用的活塞水平(倾斜）度检测有活塞倾斜仪和四点活塞激光测距两种方式。

1.2.1活塞倾斜仪

该测量方式采用U形管、差压测量原理。U形管中充25#变压器油,并在中间安装差压变送器,差压与倾斜高度关系公式:

式中,AP为U形管两侧差压:p为25#变压器油密度,20C时正常值为895kg/m3,典型值为877.6kg/m3:g为重力系数,通常取9.8N/kg:h为U形管对应侧高度差。

根据公式(1）得知,AP与h成正比关系:

同样,这时倾斜角度9与倾斜高度关系如图1所示,计算公式:

式中,9为U形管对应两侧的倾斜角:L为U形管对应两侧的长度,此长度安装后为固定值:h为U形管对应侧高度差。

根据公式(1）、(2）得到:

该测量方式虽简单,但U形管、线缆安装比较复杂,逐渐被四点活塞激光测距方式取代。

1.2.2四点活塞激光测距

该测量方式直接在气柜顶部依次东、南、西、北活塞四方位固定安装激光测距仪,直接测量相对柜顶到活塞上的距离。柜顶在最低时,我们分别标注初始值为H10、H20、H30、H40,活塞运行中测量值分别为H11、H21、H31、H41,则有四根活塞上升高度分别为:AH1=H10-H11:AH2=H20-H21:AH3=H30-H31:AH4=H40-H41。

比较AH1、AH2、AH3、AH4四者的大小,判别出倾斜方向,若最大值为AHmax,此活塞对称侧为AHmax0,则依据图1及其计算公式(2）,可得:

式中,h=AHmax-AHmax0:L为活塞正对距离(气柜设计固定值）。

该测量方式计算直接、安装简单、维护方便,而且由于有4个活塞高度实时测量,可将4个点做柜位仪测量用,省却控制系统中的一个雷达或激光柜位仪,任何一个或两个发生故障时,不会影响自动控制系统对气柜活塞倾斜预警、气柜柜位、气柜升降速度的检测和控制。该测量方式已成为气柜活塞倾斜测量的主流方式。

1.3方式三

配置活塞漂移在线监测装置。近年来煤气柜活塞T档板漂移距离过大,撞到侧板,导致气柜出现安全事故成为常态,为消除活塞漂移发生事故的隐患,可配置活塞漂移在线监测装置。该装置包括传感器、信号转换模块、电源模块、触摸显示屏等,根据煤气柜柜容大小在活塞T档板上设置16～24台传感器,传感器位置分别对应具体方位,通过测量T档板与侧板的间距,把分解出的数据一一对应,输出4～20.m信号传送至ALC。

2自动化优势

2.1现场人工控制问题

采用人工控制,阀门动作频繁,容易损坏,阀门失控时有发生。为了安全生产,气柜无法满容量快速运行,贮气量、输气量大打折扣,为防止气柜冒顶,活塞运行到2/3容积时,便人工打开放散阀进行放散,既污染环境,又浪费煤气:同时人工控制系统由于受人工因素影响,使管网压力波动频繁,直接影响各生产厂的压力调节。综上所述,气柜运行隐患大,未发挥动态调节作用。

22活塞水平安全自动监测系统

该监测系统可靠性好、性价比高、干扰性强。气柜自动控制监测系统是煤气自控的新思路,调节简单、操作方便、控制稳定。

23使用自动控制监测系统的效益分析

提升了气柜安全运行性,保证了气柜的使用寿命:减少了煤气放散量,增加了气柜贮气量。使用气柜自动控制监测系统,气柜的有效容积增加,贮气量加大,使煤气放散量大大减少,节省了能源,净化了空气,经济效益十分可观。

3结语

通过以上分析,转炉煤气柜活塞水平安全自动化监测系统的应用,直接和间接地为生产企业创造了效益,同时也是企业节能降耗、减污增效的有力举措。进一步完善其自动化控制系统,使当今世界推行节能减排从口号变成了行动,也使气柜运行更加安全。采用自动化手段对煤气柜中活塞的运行状态参数进行监测,并实现有效的远程监控。通过传感器和智能仪器自动采集现场数据,并远程传输至监控管理区域,实时显示气柜活塞的位置、倾斜度和漂移度参数,从而判断气柜运行状态,并对异常状态实现预警或报警,对保障煤气柜的安全运行具有重要意义。