单孔炭化室压力调节%28OPR%29系统调试方法简介.pdf

15燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 9 月第 54 卷第 5 期单孔炭化室压力调节（OPR）系统调试方法简介刘平岳1，3翟晓亮2，3（1.中冶焦耐自动化有限公司，大连116085；2.中冶焦耐（大连）工程技术有限公司，大连116085；3.辽宁省低碳焦化专业技术创新中心，大连116085）摘要：介绍了中冶焦耐研发的单孔炭化室压力调节（OPR）系统的调试步骤、注意事项和调试方法。基于OPR 系统的基本构成和工作原理，结合目前已投产项目在调试过程中遇到的问题和解决经验，对 OPR 系统的标准调试流程进行归纳和描述，为后续 OPR 系统的调试工作提供指导和经验参考。关键词：焦炉炭化室；压力调节；调试中图分类号：TQ520.5 文献标识码：A文章编号：1001-3709（2023）05-0015-05Brief introduction of OPR（Oven Pressure Regulation）SystemLiu Pingyue1，3 Zhai Xiaoliang2，3（1.ACRE Automation Co.，Ltd，MCC，Dalian 116085，China；2.ACRE Coking&Refractory Engineering Consulting Corporation（Dalian），MCC，Dalian 116085，China；3.Low Carbon Coking&Chemical Professional Technology Innovation Center，Liaoning Province，Dalian 116085，China）Abstract:This paper introduces the commissioning steps，methods and precautions of OPR system for single chamber developed by ACRE.On the basis of the basic components and operating principles of the OPR system，together with the experiences in solving the problems during the commissioning of the hand-over projects，the standardized commissioning procedures of the OPR system are summarized and described，which can be used as guidance and reference for future commissioning of the OPR system.Key words:Coking chamber；Oven pressure regulation（OPR）；Commissioning1引言随着国家环保要求的日益严格，如何减少焦炉污染物的排放已经成为各焦化企业关注的问题。单孔炭化室压力调节技术作为减少大型焦炉装煤和结焦过程污染物排放的有效手段，近年来得到广泛应用。目前，国内常用的单孔炭化室压力调节技术主要有德国DMT的PROven技术、Paul Wurth公司的SOPRECO技术、中冶焦耐的CPS技术和OPR技术1-3。其中中冶焦耐的OPR系统已经成功应用于山西美锦、山西潞宝、河南金马中东焦化厂的7.65 m顶装焦炉，以及江西新钢焦化厂的7 m顶装焦炉，投产至今运行效果良好，是目前国内较为主流的炭化室收稿日期：2023-02-11作者简介：刘平岳（1985-），男，工程师压力调节系统。本文对OPR系统投产前调试过程进行详细的分析和介绍，总结调试经验，为后续工程提供经验参考。中冶焦耐开发的焦炉炭化室压力调节（Oven Pressure Regulation，简称OPR）系统，通过在桥管与集气管连接处增加高精度的压力调节机构，可以实现焦炉单孔炭化室压力在全结焦周期内的精确控制，同时该系统集成了上升管盖、高低压氨水切换阀等上升管设备的远程、自动控制，可以实现全自动装煤、出焦动作。OPR系统的主要功能特点有以下几点。（1）单孔炭化室压力调节。通过独有的压力16燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesSep.2023Vol.54 No.5调节机构，实现炭化室内压力的精确调节，保证各炭化室底部在全结焦周期内均处于微正压状态，避免炉门冒烟冒火及炭化室负压。（2）单孔桥管压力测量。在采用氮气保护法测压的基础上，增加定期的自动蒸汽吹扫，保证压力测量系统的长时间稳定运行，实现免维护。（3）上升管系统全自动装煤与推焦操作。配合车辆管理系统，完成上升管系统全自动装煤、推焦操作，大大减轻炉顶工人劳动强度，与焦炉机械配合，甚至可以实现炉顶无人操作。（4）单体设备远程与本地操作。现场控制柜可实现远程与本地操作切换。本地手动状态下，可实现上升管盖、氨水切换用三通球阀和压力调节设备的一键式操作，增加了操作的后备手段。OPR系统采用高压氨水引射技术，配合中冶焦耐集气管压力优化控制系统，可实现无烟装煤，并在整个结焦过程中对各炭化室压力进行精确调节。该系统可以有效减少装煤和结焦过程中的污染物排放，提升焦炉环保水平，改善焦炉操作环境，提高焦炉生产的自动化水平，延长焦炉使用寿命。2OPR系统构成OPR系统的现场设备包括上升管开闭气缸、OPR调节装置气缸、高低压氨水切换球阀、快速注水阀和蒸汽吹扫阀5个执行机构和桥管压力测量装置。OPR系统的现场控制柜设置于集气管平台上方，每个控制柜为4孔炭化室的OPR设备提供电源、气源。控制柜内集成了各设备现场动作逻辑相关的电路和气路原件，在不依赖DCS系统的情况下，可由现场控制柜完成全部现场设备的本地单体或带联锁操作动作。现场控制柜内还集成了DCS系统的远程IO，具有DCS系统远程站功能。各现场控制柜通过DP通讯电缆与DCS系统连接，DCS系统将远程控制信号送至中控室操作电脑。OPR系统的架构示意图如图1所示。3OPR系统调试OPR系统集成了焦炉各炭化室上升管位置几乎所有设备的控制逻辑，因此其调试进度将直接影响到焦炉装煤投产工作。为此以焦炉装煤投产时间点为界，可以将OPR系统的调试工作分为“焦炉投产前必须完成的调试内容”和“可在焦炉装煤投产后陆续完成的调试内容”2部分，简称“投产前调试”和“投产后调试”。3.1OPR系统的投产前调试不同于普通DCS、PLC系统，OPR系统调试没有单独的打点校线阶段。因为现场气控柜中已经集成了远程IO站功能，各设备平均电缆距离都较短，同时需要校对气源管连接的准确性，所以调试过程直接对设备动作进行测试，测试所需的前提条件如下。（1）气源满足调试条件。气源主管路通气，保证主管路与支管畅通，管道吹扫完成，打压测试完成，气源管路上各阀门打开，保证入气控柜气源压力满足设备动作要求。（2）电源满足调试条件。各设备电缆线路连通，设备满足上电条件。（3）氨水满足调试条件。氨水主管路通水，氨水管路上各阀门打开，保证到达桥管处氨水（循环水）压力满足正常动作要求。（4）蒸汽气源满足投产条件。蒸汽主管路通气，保证主管与支管畅通，管道吹扫完成，打压测试完成，气源管路上各阀门打开，保证蒸汽可以正常供给每孔测压装置。若现场OPR系统各设备均已经安装完成，且上述前提条件满足，则可以开始进行投产前的调试工作。投产前调试又分为现场测试和远程测试2部分，在焦炉装煤投产前，应至少完成远程单体设备操作测试，保证OPR系统的所有设备均能在中控室DCS系统的操作画面上进行操作。3.1.1OPR系统的现场调试在进行OPR系统的现场调试时，测试人员通常分成人组进行工作。测试过程中，人在现场中控室焦炉机柜间制系统通讯焦炉车辆控集气管走台电路、气路上升管盖开闭气缸OPR 调节装置高低压氨水切换阀快速注水阀压力测量及保护装置工程师站DCS系统控制柜DP 电缆操作员站现场控制柜(4 孔)现场控制柜(4 孔)图 1OPR 系统架构图17燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 9 月第 54 卷第 5 期气控柜处操作OPR所有设备动作；人在现场设备侧，对设备动作的正确性、准确度和流畅程度进行监控；人在气控柜的卡件侧，实时监控各设备的开关反馈状态是否准确。投产前的现场调试中，必须完成以下设备的动作测试。（1）上升管盖开闭气缸使用现场气控柜旋钮操作上升管盖开闭，同时注意以下问题。（a）确认上升管开闭动作的准确性。确认气控柜输出与设备实际动作是否一致，进而判断气动管路连接是否正确。（b）对上升管盖开闭过程中动作流畅性进行检查，确保气缸伸缩动作无卡阻，上升管盖配重、连杆与小走台等其他设备不干涉。如发现有阻挡上升管盖动作的设备，需要切割阻挡物或调整气缸安装位置。（c）上升管盖全开和全关到位时，检查开、关反馈信号的准确性，确保机械限位装置的接线无误、摆杆初始位置合理。（d）依据上升管盖气缸的实际动作行程，增减气缸安装底座处的垫片高度，以确保上升管盖开闭气缸末端缓冲效果、减小上升管盖关盖冲击。适当调整末端缓冲力度，确保上升管盖快关闭到位时有减速效果且设备可以动作到位。（e）如果调试时间允许，建议对所有上升管盖气缸气源管连接处的排气调速阀进行精细调节，增强上升管盖动作稳定性，避免过大冲击。（2）OPR压力调节装置气缸、定位器及机械装置调试OPR压力调节机械装置的调试过程是整个OPR投产前调试中工作量最大、耗时最长的环节，且其调试效果直接影响到OPR系统能否正常实现调节和开闭功能，此环节中疏漏造成的设备故障，可能在投产后带来巨大的维修成本。在机械装置调试开始前，必须保证调节气缸定位器已经初始化完成，而调节装置的现场测试工作又最好在机械装置调试完成后进行。因此，合理安排OPR压力调节机械装置、定位器和气缸的调试顺序有利于提高整体调试效率，缩短调试周期。本环节详细的调试内容如下所述。（a）调节装置定位器初始化。OPR系统采用西门子智能定位器，简化了初始化过程，但该过程仍然是十分耗时的，因此建议在电源、动力气源具备后的第一时间就开始此项工作，该调试过程可以与其他OPR设备调试并行进行。（b）OPR机械装置精细调节确定调节杆总行程。判断OPR调节装置的总行程长度是否合理时按下述方法进行判断，将调节杆降至最低位时，气缸悬挂装置的弹簧应该有微量收缩，收缩量在5 mm内且能看到弹簧收缩为宜。弹簧收缩量过大可能导致调节杆受力弯折，损伤调节装置；无回缩则调节装置可能无法正常到位。（c）OPR机械装置精细调节密封性测试。将调节装置提升到中间位置（64行程）高度，调节活塞底部与储水槽之间应无缝隙，打开循环氨水进行注水，水位可以上涨并完全淹没齿形槽。在完成上一步调试过程后，若OPR机械装置的加工尺寸符合要求、无损坏，则本步的气密性测试应能顺利通过。若出现漏水情况，则应检查活塞底面和储水槽底部是否有异物，必要时更换调节活塞或储水槽等部件。（d）微调调节气缸悬挂、调节杆、定位器连杆等设备，确保调节装置动作顺畅、无卡阻。（e）在现场气控柜上操作调节装置，保证气缸位置与输出位置一致。特别注意最高、最低和中间位3个位置。（f）高、中、低3个机械限位装置分别对应定位器输出100%、64%和0%位置，需保证反馈位置准确。（3）高低压氨水切换使用现场气控柜旋钮操作高低压氨水切换阀，确认高压、低压动作切换无误。确认低压限位反馈正确，如反馈不准确可打开阀门顶部的限位盒对塑料凸轮进行调整。确认阀门顶部的开关指示标志与氨水的低压、高压状态对应无误，可打开限位盒进行调整。需要特别注意的是，高压氨水开启时管道震动较大，所以低压限位反馈的接线必须牢靠，否则容易因线头脱落而失效。（4）快速注水阀使用气控柜上的操作旋钮操作快速注水阀开关，观察阀门动作和关限位反馈的正确性。注意调试结束后将气控柜上的开关旋钮转至关位置，预防施工过程中的触电事故或线路短路。（5）蒸汽吹扫阀使用气控柜旋钮操作蒸汽吹扫阀开关，确保18燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesSep.2023Vol.54 No.5阀门动作准确。因各现场管道、蒸汽质量等因素影响，首次调试蒸汽吹扫阀时常出现堵塞、卡阻现象，阀门无法正常开启或关闭，此时需要拆开阀体，取出阀芯，进行彻底清理。调试结束后，切记将气控柜上的开关旋钮转至关位置。（6）确认氨水喷头及其他设备状态循环氨水通水后，应由工艺、生产人员对喷洒效果进行鉴定，对漏水、堵塞的喷头及时进行修理、更换。高压氨水通水后，同样需要检查喷洒效果。若此时已经完成压力传感器校准，在高压氨水主管压力为3 MPa的前提下，开启高压氨水后，压力传感器示数应为-300 Pa或更低，否则高低压氨水切换喷头可能存在堵塞，需要拆除并清理。在投产前，还应对上升管工段的所有设备再次进行检查，保证各设备安装满足设计要求，且在后续施工中无损伤。（7）反复测试系统运行稳定性在上述调试过程完整完成1次后，还应由生产操作人员对所有OPR设备进行反复动作测试。此过程在检验设备可靠性的同时，也有利于操作人员尽快熟悉OPR系统。从经验上看，OPR系统投产前，至少应完成23次完整测试，以确保系统投产时运行平稳无故障。3.1.2OPR系统的远程调试为简化OPR系统现场操作复杂度，降低现场操作工操作失误率，在最新的OPR系统现场气控柜中增设了“水封阀开关”旋钮来控制调节装置位置，屏蔽了柜内手操器的连续输出功能。在除投产调试外的时间段，仅允许现场气控柜进行全开全关操作。因此，在焦炉投产前必须完成OPR系统的远程调试工作，至少保证各设备能够远程单体手动控制，否则将无法满足投产调试要求。远程调试过程中，应有中控室操作人员对所有OPR设备进行操作，并由现场人员监控设备的动作状态，特别注意调节装置的实际位置应与远程给定开度相符。由于OPR现场气控柜已经做过出厂测试，所以若现场调试圆满完成，远程测试的故障率将极低。若调试时间允许，还应反复测试装煤、出焦等动作逻辑，进一步确认系统运行的正确性，也使远程操作人员能够尽快熟悉系统，避免投产时出现操作失误。3.1.3压力测量装置调试OPR系统的测压装置除压力传感器外，还包含氮气保护装置、取压吹扫装置等设备，相关设备必须完成调试后，传感器才能准确显示桥管处的压力值。因为压力传感器的远传信号仅在DCS系统中显示，因此本部分调试工作需要在满足远程调试条件后进行。本部分调试内容不是焦炉装煤投产前的必须工作，但如果调试时间允许，建议本部分调试在投产前完成，这样有利于检验高压氨水和蒸汽吹扫的效果。如果调试时间紧张，本部分调试内容也可以在投产后的几天内完成。本部分调试的具体内容如下。（1）压力传感器校准。新出厂的压力传感器，理论上应该已经按图纸设备卷要求进行了设置和校准，但现场实际使用的压力传感器，经常有尚未校准或设置不正确的问题。所以，在开始测压系统调试前，应先拆开取压管路，然后使用手操器对各压力传感器的量程和零点进行校准。（2）氮气保护装置调整。在打开氮气保护装置的气源手阀前，请注意将装置入口处的高精度减压阀全部松开，以保护装置上的现场压力表。通气 后，逐 渐 扭 紧 减 压 阀，使 气 源 压 力 保 持在 0.1 MPa。（3）调整吹气背压。打开上升管盖或者从靠近取压口处拆开取压管路，此时压力传感器示数应该在0 Pa附近。通入氮气，逐渐打开高精度微调阀，使传感器示数保持在402 Pa即可。此时，现场传感器显示的是40 Pa左右的吹气保护背压，而远程信号压力显示在0 Pa附近。在进行该过程调试时，应同时与远程操作人员核对压力数值，保持现场与远程压差为40 Pa，则证明压力表接线无错误、信号线和IO通道无故障。（4）调整好吹气背压后，恢复测压管路或关闭上升管盖即可正常测压。3.2OPR系统的投产后调试焦炉装煤投产后，还需要对OPR系统的压力调节功能和全自动装煤、出焦功能进行调试，才能使系统完全投入自动运行。3.2.1压力调节功能调试在测压系统调试完成、焦炉生产平稳、集气管压力稳定后，逐步降低集气管工作压力至微正压，具体工作压力以装煤效果为准。打开高压氨水后装煤无烟尘则无需继续降压。从工程经验来看，OPR19燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 9 月第 54 卷第 5 期系统正常运行时，集气管操作压力在30 Pa左右。基于OPR系统压力调节功能，逐步调整控制参数，使炭化室压力稳定即可。有条件的现场，可以进行完整结焦周期内的连续炉底测压实验，并使用测压曲线对OPR系统的压力分段曲线进行精确矫正。3.2.2全自动装煤出焦调试全自动装煤出焦是指OPR系统接收焦炉车辆管理系统发送的指令，自动完成装煤、出焦过程中的上升管相关设备动作。该功能的调试需要如下先决条件。（1）焦炉车辆系统完成自动对位控制，具备发送车辆位置、装煤指令等信号的能力。（2）OPR系统与焦炉车辆系统间通讯线路通畅。条件具备后，则可以开始通讯信号的校对和自动装煤、出焦动作的调试工作。受焦炉车辆系统调试状态的制约，本步调试通畅很难在焦炉投产时同步完成，最晚可能需要等待12个月的时间，待焦炉车辆系统联锁逻辑调试完毕后才能开始调试。待本步骤调试完成，则OPR系统的全部调试工作均已顺利结束，系统可以完全投入自动运行。4结语本文总结了各现场OPR系统的调试经验，详细描述了OPR系统的完整调试过程，对调试中一些常见的技巧和问题也进行了介绍。作为主流的焦炉炭化室压力调节系统之一，OPR系统在未来几年时间内必将有更为广泛的应用。合理安排、科学组织系统调试工作，将有效提高OPR系统的调试效率，缩短投产周期，提高生产效率。参考文献 1 蔡承祐.二种焦炉单孔炭化室压力调节技术的分析与评价J.燃料与化工，2017，48（1）：1-4，7.2 崔义平，张洪波，刘宏，等.单孔炭化室压力稳定系统（CPS系统）在新泰正大6.78 m捣固焦炉上的应用J.燃料与化工，2020，51（4）：10-13.3 史瑛迪，洪志勇，赵希超.炭化室压力调节装置的开发J.燃料与化工，2012，43（2）：15-17.韩立影编辑况的影响权重，进而指导生产调控。4结论（1）循环气体CO浓度、循环风量对焦炭烧损率有明显影响，循环气体CO浓度与焦炭烧损率呈负相关关系，循环风量与焦炭烧损率呈正相关关系。随着循环气体CO浓度的降低和循环风量的增加，焦炭烧损率呈增大趋势。（2）选择气料比、汽化率、排焦温度、循环气体CO浓度和料位等操作参数与焦炭烧损率进行多因素回归计算，其结果与用碳平衡方法计算所得烧损率接近。（3）焦炭烧损率受多种工况影响，基于多因素回归模型可以对干熄焦烧损率进行预测。参考文献 1 Nakajima B，Konishi N，Kuwada F.The construction and operation of CDQ in Fukuyama No.4 coke ovenJ.Nippon Kokan Tech.Rep，1986，115（11）：48-64.2 王伟民，刘杰，曹银平，等.干熄焦烧损率的统计方法及烧损因素探讨J.燃料与化工，2010，41（2）：24-26.3 宁述芹.干熄焦焦炭烧损的研究J.燃料与化工，2021，52（3）：17-19.4 李国善，蔡文佳.干熄焦烧损率的探讨与管控J.化工管理，2021（10）：65-66.5 王志永.干熄焦烧损率的综合分析J.科技创新导报，2014，11（12）：53-54.6 张文成，王春花，徐顺国.干熄焦焦炭烧损率的测算方法探讨J.冶金能源，2013，32（2）：10-12.7 杨亚飞，戎小军.干熄焦焦炭烧损率的几种测定方法J.燃料与化工，2013，44（6）：15-16.8 肖忠东，蒋忠平，王雪峰.干熄焦烧损率的标定及控制J.燃料与化工，2013，44（4）：15-17.张晓林编辑（上接第8页）