控制网

    陈   钦（1970－）
男，湖南岳阳人，工程师，（杭州和利时自动化有限公司，北京  100096）,现于杭州和利时系统工程股份有限公司从事DCS项目的工程实施。

摘要：介绍制作较完善的间歇造气炉控制程序应具有的基本功能，制作中某些应注意的细节。

关键词：间歇造气炉；吹风；蒸汽吹净；上吹；下吹；吹净；二上吹

Abstract: This paper introduces the required basic functions of intermittent gas making furnace control program and points to be alert.

Key words: intermittent gas making furnace; blow-through steam; blow-up; blow-down; blow-through; secondary blow-up

1　引言

    目前国内中小型煤化工化肥行业普遍采用的是间歇炉造气，间歇炉造气的核心是时序控制，但因为时序执行时，中间人工操作频繁，相对来说，控制较为复杂。炉子的控制程序，常常是由专业厂家制作，专业厂家有对相关工艺的透彻了解及多年生产制作的技术沉淀优势。而作为通用DCS或PLC应用控制的工程人员，如果初次接触此类型的工程，要实施好此类工程并让客户满意的使用造气炉，有一定的障碍。关于间歇造气炉控制专业的文章资料不多见，希望此文能给将要制作造气炉控制程序的通用工控人员一些借鉴。

2　间歇造气炉常见的造气基本工艺流程简述

    煤经插板阀、座板阀、布料阀由煤气炉顶部加入。吹风阶段、空气经鼓风机、吹风阀、空气档板、由炉底送入，由炉顶出来的吹风气经煤气上行阀进入废热锅炉或水加热器，然后经烟囱阀放空或者经过回收阀送至吹风气回收工段或者取部分吹风气经煤总阀进入煤气柜内。上吹制气阶段，蒸汽经蒸总阀，蒸汽上吹阀经炉底进入炉内与燃料反应生成半水煤气，从炉顶出来，经煤气上行阀、 煤总阀、除尘器、废热锅炉或水加热器，进入洗气塔，至气柜。下吹制气阶段，蒸汽经蒸总阀、蒸汽下吹阀，从炉顶进入炉内反应，然后从炉底经煤气下行阀、煤总阀、洗气塔进入气柜。二次上吹的流程与上吹阶段相同。空气吹净阶段的流程与吹风阶段基本相同，但空气吹净阶段产生的煤气全部至气柜内。灰渣落入炉底灰仓，定期排出煤外。

    注：有的造气工艺多了一个蒸汽吹净阶段，此阶段的流程与上吹阶段基本相同,但气体一般放空。在基本的造气工艺基础上，很多厂家的具体情况会有一些小的变化，如有的煤气炉会配置二个气柜，据不同的生产情况，通过人工预先设定，程控自动选择煤气进入不同的气柜。做间歇造气炉对工艺了解越深刻越有利于制作，为方便初次接触的人阅读下去，在此做上述工艺简介。工艺方面相关的详细内容，请参考相关专业资料。

3　基本功能

    注：相关功能为多个项目后的总结，为迎合操作人员的习惯要求等等原因，具体项目的表现形式会有些差异。造气生产分为正常制气、制惰二类，每类的工作阶段基本类似，仅气体出向与阶段工作时间会有些变化。一般的造气自动投入运行时分为吹风，上吹，下吹，二上吹，吹净五个阶段周尔复始的运行。操作人员要控制调整的是每个阶段工作时间的长短,工作的周期，及吹风时的气体去向是否为放空，去吹风气或气柜等等，达到安全生产且提高煤的产气率与产气量的目的。

    3.1　应具备的功能操作键

    （1）开炉功能键

    按下功能键应变色提示，表示现在处于开炉自动运行状态。一般此功能键的优先权比手动功能键高。按下后，任何手动操作键不能操作,确保生产安全。

    开炉时炉子的工作状况: 在开炉功能键按下后，立即进行10秒安全上吹操作(参考数值据工程实际情况调整) 。10秒后，自动进入此时炉子应该处于的工况，并自动周期运行。周期运行阶段一般为吹风、上吹、下吹、二上吹、空气吹净五个阶段。

    （2）安全停炉功能键

    按下功能键应变色提示，提醒操作人员炉子正处于安全停车执行程序中，炉子还没有真正停下来，不能开始其它工作。炉子停下来后，颜色恢复正常。

    安全停车过程炉子运行的工作状况： 炉子运行满足吹风10秒的条件后自动停下。

    （3）暂停功能键

    功能键为双位开关，按下功能键变色, 炉子运行状况一直维持按下功能键时刻的运行工况不再发行变化，只有此键弹起后，炉子才能按周期设置继续运行。

    （4）急停锁定功能键

    功能键为双位开关，按下功能键后，开炉键、手动相关操作键均不能操作，防止停炉后误操作。同时,按下功能键后炉子由正在运行的状况立即到停炉工况,解除锁定才能开炉。

    （5）制惰/制气功能键

    功能键为双位开关，按下功能键变色且改变文字提示, 表示开炉运行时，是生产安全置换用的惰性气体还是进行正常的造气生产。

    （6）去吹风气/放空功能键

    功能键为双位开关，表示吹风阶段时，生产出来的气体选择何种方式的去向，是去吹风气工段还是直接排放在大气中。

    （7）手动功能键

    在停炉状态，且锁定键不按下时可以操作。按下功能键后，可以操作相关的手动操作功能键，如炉子对应的每个阀门开关功能键，或炉子阀组动作功能键。一般对应的单阀开关功能键有：吹风阀、空气档板、蒸汽总阀、煤气上行阀、煤气下行阀、蒸汽上吹阀、蒸汽下吹阀、烟囱阀、吹风回收阀、煤总阀、左风箱下灰阀、右风箱下灰阀、插板阀、座板阀、布料阀等。手动阀组功能键一般是：吹风、上吹、下吹、空气吹净。

    （8）手动加煤/自动加煤功能键

    功能键为双位开关，按下变色提示，同时文字变化提示。选择自动加煤时，程序在正常工况下，据设定的加煤周期设定值，每隔设定的循环次数后自动加煤一次。与加煤功能键配合使用。

    （9）加煤功能键

    功能键为双位键，按下变色提示，与上述手动加煤/自动加煤功能键配合使用。正在加煤工况时，自动改变按键颜色，加煤工况完毕按键还原。没有到设定加煤周期时，可人为点击加煤键，在设定的加煤周期内提前补加一次煤。

    （10）加煤计数清零功能键

    脉冲按键，按下瞬时变色提示，加煤次数累积值清零。

    （11）步进功能键

    脉冲按键，按下瞬时变色提示。每按一次步进，炉子由现在的运行工况进入安全上吹10秒，然后回到原运行工况的下一个工况自动运行，且将原阶段没有运行完毕的时间自动加到此工况运行。特殊情况是当炉子进入下吹阶段后，步进不起作用。此时如果要提前进入二次上吹，应按操作归零功能键。

    （12）归零功能键

    脉冲按键，按下瞬时变色提示。操作功能键后，炉子从正在运行的工况立即进入二次上吹工况,重新开始新的循环。运行周期计时器从零开始重新计时。

    此外，有些项目还要求有完全上吹、全上吹、蒸汽吹净、半水煤气/水煤气等功能键。另外还有关于阀门检测控制功能键等其它相关联锁功能键，这里不作一一介绍。

    3.2　一般应具备的设置参数及相关显示参数

    （1）循环周期设定：设定每个工作循环的时间，供参考的参数设置范围限制为120秒至240秒。默认设置一般为120秒。

    （2）循环次数：仅显示数据，不能进行数据设定。常与手动加煤/自动加煤，加煤及加煤计数清零三个功能键及自动加煤周期设定相配合进行使用,如设定自动加煤周期为20次，按下了手动加煤/自动加煤功能键，则炉子循环运行20次后，从吹风阶段开始执行加煤程序，加煤键自动按下且变色，开始进行加煤，下吹阶段后，自动加煤结束，加煤键自动弹起，循环次数自动清零，加煤次数自动加1。

    （3）吹风：设定吹风阶段的工作时间，供参考的参数设置范围限制为20秒至50秒。

    （4）上吹：设定上吹阶段的工作时间，供参考的参数设置范围限制为30至45秒。

    （5）下吹：不能进行时间设定，只显示数据，参数自动计算的公司为:

    下吹时间＝循环时间－吹风时间－蒸吹时间－上吹时间－二上吹时间－吹净时间。

    （6）二次上吹：二次上吹时间设定，供参考的参数设置范围限制为8至15秒。

    （7）吹净：空气吹净时间设定， 1至15秒。

    （8）回收：吹风气回收进入煤气柜的时间设置，上下限为0至20秒，设置0时，此功能取消。此功能优先级高于去吹风气或吹风放空方式。参看相关功能键部分。

    （9）加煤次数：仅用于显示，不能进行设定。累计加煤的次数,　可按加煤计数清零功能键将此数清零。

    （10）加煤：设定自动加煤过程中，插板阀从开至关的时间。供参考的参数设置范围限制为0至7秒,此参数用于控制加煤量。相关加煤程序内含一个关于座板阀的开关时间，此时间不必提供给操作人员修改。按固定时序步骤与插板阀及吹风阶段的工况配合动作，加煤一般在吹风阶段完成。

    （11）下煤：设定布料阀打开的时间，保证自动加煤机中的煤彻底放入造气炉内。

    此外，少数项目还有半水煤气/水煤气，上加氮，下加氮，蒸汽吹净，吹风延长等参数设置。

4　其它相关监控显示

    每个炉子的监控画面上要求有煤气上行温度与下行温度的趋势、计时器时间显示、周期运行光条、周期内每个阶段的计时时间显示。炉子的监控工艺参数如蒸汽压力等，炉子附属设备及其配套的公用设备的工艺参数监视与控制。

5　应注意的问题

    制作间歇程控造气炉应重点注意的细节问题有如下几点，是初次制作造气炉控制工程最容易出现的问题，也是造气炉控制工程完成后，能用但不好用的一些问题的汇集。问题虽然琐碎，但在具体的工程实施中，不容易被实施者与使用者发现的问题。

    5.1　阀门抖动现像

    多个阀门在多个不同的工况阶段切换，程序逻辑上在没有任何问题的情况下，也有可能出现阀门有抖动的现像，不细心观察，很难发现。可采用将控制阀门的DO量点放入趋势中进行观察，如果有毛刺现像，一定要想办法处理掉。

    5.2　一个理解误区的纠正

    造气工艺工作周期的正确理解应为吹风、上吹、下吹、二次上吹、吹净五个首尾相接的循环阶段。但程序制作中的计时器运行对应的阶段应为二次上吹、吹净、吹风、上吹、下吹五个首尾相接的循环阶段。

    5.3　其他细节问题

    造气炉的空气压力控制，鼓风机的负荷问题，蒸汽压力的平稳控制在造气程序控制方案没有选择好的情况下，实际生产中操作人员是不容易控制好的。这点常常让制作程序的工程人员有点无所适从，一再检查程序，既发现不了逻辑上的问题也发现不了PID参数对蒸汽调节阀自调控制的问题等等，但造气炉的使用却存在问题。关于这点，有下面的细节需要注意。

    （1）  造气运行时间设置参数修改的问题

    运行周期、吹风、上吹、二次上吹、吹净的时间设置参数，只允许在停炉状态或二次上吹状态时真正发生修改。原因如下：假设运行周期设置为120秒，吹风设置为36秒，如果炉子刚运行完吹风36秒后操作人员将吹风时间改动，则原定的120秒周期减吹风时间、蒸吹时间、上吹时间、二上吹时间、吹净时间得到的下吹时间发生了变化，此时，正在运行的这一个周期实际运行的周期时间发生了变化，引起炉子配合运行的混乱，导制要重新排队运行。

    （2）   实际生产中，操作人员并不喜欢采用自动排队的工作程序，流行的做法是同组炉子采用手动排队运行。原因是炉子在开炉状态下，自动排队等待时，会改变炉子的运行状况，使炉子变得不易控制。　

    （3）  炉子易控制的首要条件是运行时钟精度高，误差小。初次制做造气程序时一般会按习惯将造气的每一个运行阶段都使用一个专门的计时器，感觉程序制作起来灵活且容易些，但实际情况是时钟运行误差大，用不了1小时左右，炉子间的配合就出问题了,需要操作人员进行排队操作。同样不佳的表现情况也会出现在采取下面方案的制作程序中，如不同的工况阶段，反复循环调用一个计时器的实施方案（计时器的运行参数每次调用时进行了相关的修改）。此点经过多个工程的实例已得到证实。

    （4） 关于步进功能键，初次制做造气程序常出的问题是步进后、步进前炉子所处工况阶段没有运行完毕的时间，没能转移至新的阶段上来。这实际也会改变此次炉子的运行周期，引起炉子的不易控制问题及排队配合的问题。

参考文献：

    [1]  王师祥, 杨保和. 小型合成氨厂生产工艺与操作[M]. 化学工业出版社.