摘  要  本文論述了高爐頂壓在異常失控情況下，對控制系統優化后取得的良好效果。對控制系統從軟硬件上均進行了針對性改進，提高了系統的可靠性，達到了預期目的。

關鍵詞  頂壓失控  事故擴大

1  前言

在高爐控制參數中，爐項壓力是非常重要的參數之一。高爐生產要求爐頂壓力必須穩定。爐頂壓力不穩定，會影響爐況順行，嚴重時可導致爐況失常，結構強度薄弱的地方被吹開，氣密箱煤氣竄入，爐頂設備密封損壞，煤氣管道移位，大量煤氣泄露，風機喘振等重大危害的產生。

2  現狀

目前龍鋼的5座高爐，正常時頂壓均由TRT系統來調節。調壓閥組采用一組電動（或液壓驅動）調節蝶閥，作為非正常工況下的短時使用。

TRT通過自動調節靜葉開度來調節頂壓，控制原理采用的是傳統的PID控制方式。自動控制系統采用的是高可靠性的西門子S7-400H 冗余PLC，達到了通訊、電源、CPU的冗余熱備，具備很高的可靠性和可用性，平均無故障運行時間充分滿足要求。

TRT接收來自高爐控制系統的頂壓設定值和實際值標準儀表信號，通過PID運算，以增量方式輸出靜葉角度的實際控制值，取得了良好的控制精度，偏差可以控制在±3kPa以內，能滿足高爐工藝的實際需求和高溫高壓煤氣的綜合利用。下圖1是龍鋼某高爐的頂壓實時曲線。（紅線為設定值，白線為實際值）

3  存在問題及解決措施

高爐頂壓的連續穩定可調，在現有的控制系統中均能實現。但一個可靠的控制系統還應能在異常突發情況下具有良好的響應，能抑制事態向惡性發展，將危害降低到最小，這也是每個控制系統在設計和后期運行時應該關注的地方。龍鋼高爐在生產過程中，也曾發生過由于各種原因造成頂壓突然升高的現象。幅度較小時，TRT系統能夠積極響應。但在由于各種原因引起的大幅升高時，TRT機組由于保護機制會自動退出，由旁通閥來實施短時自動調節。理論上確實應該如此，但實際上有的設備由于長期處于備用或待機狀態，其動作可靠性不能及時掌握，曾造成了高爐憋壓，煤氣管道移位達數10cm的險肇事故。

單靠操作人員時刻監測工況的變化，并不能有效解決存在的問題：“人防不如技防”。針對這些實際存在的問題，龍鋼公司煉鐵廠組織電儀及自動化專業人員，對頂壓控制可靠性進行了專門的討論研究，提出了一系列改進措施，也收到了良好的效果，具體有以下幾方面。

3.1  信號采集回路改進

3.1.1  存在問題

高爐上升管處安裝了兩臺用來測量頂壓的壓力變送器，但原來的信號傳輸僅送出了一路信號到TRT。當該臺變送器故障、取壓管堵塞或電纜線路故障時，造成檢測值非正常降低或回零，此時TRT靜葉會自動調節以維持某個既定的設定值。而此時的實際頂壓肯定會向更加高的方向發展，頂壓控制無疑會失控，存在明顯的安全隱患。

3.1.2  改進方案

將兩路信號均送入高爐側PLC系統中，手動選取其中的一個或自動選取示值高的一個為頂壓實際值。在高爐PLC系統將被選擇的頂壓實際值一分為二，從兩個模塊分別送出到TRT，TRT同時接收這兩個信號，也自動選擇一個示值較高的值作為頂壓的過程值來參與自動調節，即PID調節中的PV值。這個好處是信號和傳輸均實現了硬件冗余。自動選取示值較高的過程值，一定程度上避免了高爐由于信號采集缺陷引起的憋壓。

3.2  信號量程的差異化處理

高爐PLC對采集到的頂壓信號量程進行差異化處理，如兩臺壓力變送器的量程均為0-600kPa，在程序中可將其中一臺設為0-602kPa等，使得兩臺變送器的示值略有偏差，方便自動選取一個高值，而無需在兩個實時數據間之間頻繁切換。同時儀表量程的微小偏差不會導致頂壓的控制效果變差。

經過以上兩個改進，在示值為自動選擇方式時，儀表工對任意一臺變送器進行排污、疏通，甚至斷電更換，均可在線進行，而不會對頂壓控制產生任何影響，系統會自動切換，方便了維護。信號通過兩路電纜送給TRT，如果任意一根電纜故障，系統也會自動切換為正常的一路，同時崗位監護人員在監控畫面上能夠看到其中的一個信號處于明顯的不正常狀態，系統的可靠性得到了進一步的提高。

3.3  優化控制邏輯

采用多重措施保證高爐系統和管網不發生重大險肇事件。考慮到TRT故障或設備工藝原因，頂壓不能得到有效及時的控制，導致壓力大幅提高，造成高爐憋壓。在程序中通過TRT重故障信號或頂壓過高信號來自動控制減壓閥組管道閥門打開到設定角度（該值可以在工長電腦上修改，并做了權限設置和上下限幅，以防出現數據輸入錯誤），此功能在操作畫面上設有投入/切除按鈕，頂壓過高設定值及減壓閥開度均可在畫面設定，有助于高爐操作人員根據具體情況采取合適的控制參數。系統的可靠性得到了提高，達到防憋壓的目的。下圖2為基本控制流程。

以上的設備動作均由控制系統自動完成，無需人工干預。

4  結語

需要強調的是，再完善的控制系統也需設備作支撐。煉鐵廠針對該項隱患，提出了高爐單位應定期對調壓閥組的電動蝶閥進行檢查，并作小幅度的開啟關閉試驗，確保閥門不會因煤氣中的雜質導致卡死或動作太慢等現象的出現，時刻處于可控狀態。

通過上述改進，高爐再未因頂壓過高而引發重大事件的發生，在后期運行中曾經有供電系統閃絡引起的憋壓現象，控制系統均能可靠動作進行泄壓，確保了高爐的安全穩定運行。