| 作者：段林生（冷鋼品質(zhì)部） 摘要：本文簡單闡述了中小型高爐TRT裝置的基本原理，著重介紹了中小型高爐TRT裝置儀控系統(tǒng)的組成、安裝和調(diào)試。 關(guān)鍵詞：TRT裝置 透平膨脹機(jī) 儀控系統(tǒng) 安裝 調(diào)試 1 前言 TRT技術(shù)是利用高爐爐頂煤氣壓力能及其熱能，通過膨脹透平做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電、回收能量的一項(xiàng)技術(shù)，其裝置也稱為高爐爐頂煤氣壓力回收透平發(fā)電機(jī)組。 冷鋼現(xiàn)有高爐5座，450立方米高爐3座，530立方米高爐2座，均屬于中小型高爐。沒有配備TRT裝置以前，高爐煤氣通過重力除塵和布袋除塵后直接送到減壓閥組進(jìn)行減壓，最后送至各用戶。大量的煤氣壓力和溫度沒有得到利用，完全浪費(fèi)掉了，還對環(huán)境產(chǎn)生噪聲污染。同時(shí)由于用戶使用煤氣量的不同，造成煤氣壓力波動(dòng)大、不穩(wěn)定，進(jìn)而不利于高爐爐頂壓力的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)，直接影響到高爐生產(chǎn)的順利運(yùn)行。 近幾年來，由于中小型高爐采用軸流壓縮機(jī)鼓風(fēng)和無料鐘爐頂以及干法布袋除塵等先進(jìn)工藝技術(shù)，從而提高了高爐爐頂煤氣壓力，增加了煤氣流量，凈化煤氣質(zhì)量已成現(xiàn)實(shí)，為安裝TRT裝置創(chuàng)造了條件。 因此，冷鋼2004年11月在2#高爐安裝了第一套3000KWh的TRT裝置，并一舉獲得成功，之后逐步推廣應(yīng)用至其它4座高爐，至2008年7月，冷鋼5座高爐全部安裝了TRT裝置，每小時(shí)發(fā)電1．5萬KWh，獲得了非常好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會(huì)效益。 冷鋼5座高爐TRT裝置的儀控系統(tǒng)安裝調(diào)試全部為自行完成，完全掌握了儀控系統(tǒng)安裝調(diào)試技術(shù)。 2 TRT系統(tǒng)的基本原理 高爐煤氣首先通過重力除塵進(jìn)入TRT裝置，分別經(jīng)過入口蝶閥、入口插板閥、文氏流量計(jì)和快速切斷閥后進(jìn)入透平機(jī)。高壓煤氣經(jīng)過透平機(jī)的各級靜葉，不斷做功并膨脹，同時(shí)溫度也不斷降低，通過做功推動(dòng)透平機(jī)旋轉(zhuǎn)，動(dòng)能經(jīng)過連軸器帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)發(fā)出電能并送至電網(wǎng)。為了保證TRT裝置的運(yùn)行安全，在透平膨脹機(jī)旁并行安裝了兩個(gè)旁通閥，在整個(gè)回路里TRT系統(tǒng)取代了減壓閥組進(jìn)行頂壓調(diào)節(jié)和煤氣輸送的作用，在完成的過程中同時(shí)產(chǎn)生了電能并調(diào)節(jié)了高爐爐頂壓力。 3 TRT裝置儀控系統(tǒng)的組成 儀控系統(tǒng)主要完成TRT裝置熱工參數(shù)的檢測和執(zhí)行PLC的一部分輸出指令，保證TRT系統(tǒng)的正常和安全運(yùn)行。 冷鋼5座高爐的TRT系統(tǒng)設(shè)備均成套采用陜西鼓風(fēng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司的產(chǎn)品。該系統(tǒng)采取與調(diào)壓閥組并聯(lián)連接方式，正常情況下，由TRT裝置調(diào)控高爐爐頂煤氣壓力，當(dāng)TRT裝置停車檢修時(shí)，則切換至調(diào)壓閥組調(diào)節(jié)高爐爐頂煤氣壓力，確保了整個(gè)高爐系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。 該TRT儀控系統(tǒng)主要由主流程系統(tǒng)、軸系監(jiān)測系統(tǒng)、軸溫監(jiān)測系統(tǒng)、動(dòng)力油站、潤滑油站、氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)六部分組成。 3.1 主流程系統(tǒng) 即整個(gè)TRT裝置儀控系統(tǒng)工藝流程。 高爐煤氣自重力除塵器除塵后經(jīng)入口蝶閥（FV101）、入口插板閥（FV102）、壓力溫度補(bǔ)償?shù)奈那鹄芰髁坑?jì)（FE101）、煤氣粉塵監(jiān)測儀（FCE101）、快速切斷閥（FV103）、經(jīng)壓力溫度（PT201、TE201）檢測后進(jìn)入透平膨脹機(jī)，經(jīng)過透平膨脹機(jī)做功后的低溫、低壓煤氣又經(jīng)壓力溫度檢測（PT202、TE202）后，通過電動(dòng)插板閥（FV104）、電動(dòng)蝶閥（FV105）控制，最后送往工藝管網(wǎng)供用戶使用。 這部分儀控系統(tǒng)的主要作用是監(jiān)測并控制進(jìn)入TRT透平膨脹機(jī)的煤氣狀況、煤氣流量，并檢測進(jìn)入透平膨脹機(jī)的工藝介質(zhì)煤氣的各種熱工參數(shù)，如溫度、壓力、流量、粉塵含量等等。同時(shí)在透平膨脹機(jī)前設(shè)置了快速切斷閥，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況，快速切斷閥能迅速切斷煤氣來源，確保TRT裝置和操作人員的安全，并且在透平膨脹機(jī)上安裝有電液伺服閥，用來控制透平膨脹機(jī)的靜葉開度，達(dá)到調(diào)節(jié)透平膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 3.2 軸系監(jiān)測系統(tǒng) 該系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)測透平膨脹機(jī)及發(fā)電機(jī)的振動(dòng)、位移和轉(zhuǎn)速，確保透平膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)的正常平穩(wěn)運(yùn)行。 整個(gè)TRT裝置共設(shè)置了6套振動(dòng)探頭、2套位移探頭和3套轉(zhuǎn)速探頭，分別是透平機(jī)進(jìn)氣側(cè)軸振動(dòng)（YE201A，B）、透平機(jī)排氣測軸振動(dòng)（YE202A，B）、發(fā)電機(jī)瓦振動(dòng)（YE301A，B）以及透平機(jī)軸位移（ZE203A，B）、透平機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)測（SE201，SE202，SE203）。 軸系儀控監(jiān)測系統(tǒng)相對于高爐煤氣TRT裝置來說是非常重要的，為防止燒瓦甚至飛車等嚴(yán)重事故的發(fā)生，振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等三個(gè)參數(shù)均設(shè)置了兩套監(jiān)測儀表實(shí)行雙保險(xiǎn)，且與電控系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)鎖，一旦監(jiān)測參數(shù)大于聯(lián)鎖設(shè)定值，立即起動(dòng)緊急停機(jī)聯(lián)鎖控制，這時(shí)，緊急切斷閥快關(guān)，透平膨脹機(jī)靜葉全關(guān)，快速打開旁通閥控制爐頂壓力，確保整個(gè)TRT裝置安全和高爐的平穩(wěn)運(yùn)行。 3.3 軸溫監(jiān)測系統(tǒng) 該系統(tǒng)主要監(jiān)測透平膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)的支承軸溫度與潤滑油溫度。 其分別監(jiān)測透平機(jī)進(jìn)氣測支承軸溫（TE203A，B）、透平機(jī)排氣測支承軸溫度（TE204A，B）、透平機(jī)止推軸承溫度（TE205A，B，C，D）、電機(jī)軸承溫度（TE301A，B；TE302A，B）、潤滑油溫度（TE841）以及透平機(jī)回流油溫和電機(jī)回流油溫等。 為防止各種異常情況造成透平膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)各支承軸承溫度升高燒瓦而引起大的事故，各支承軸承溫度也與電控系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)鎖，一旦機(jī)組支承軸承溫度大于聯(lián)鎖設(shè)定值，同樣立即起動(dòng)緊急停機(jī)聯(lián)鎖控制，這時(shí)，緊急切斷閥快關(guān)，透平膨脹機(jī)靜葉全關(guān)，快速打開旁通閥控制爐頂壓力，確保整個(gè)TRT裝置安全和高爐的平穩(wěn)運(yùn)行。 3.4 潤滑油站 該系統(tǒng)主要給透平膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)各支承軸承供油進(jìn)行潤滑。 其原理是通過油泵將潤滑油箱的油送往高位油箱，再由高位油箱流至透平機(jī)和發(fā)電機(jī)的各支承軸承。 系統(tǒng)設(shè)置了潤滑油箱液位（LT801），潤滑油箱油溫（TE801），潤滑油總管壓力（PT841），潤滑油總管油溫（TE841）等監(jiān)控參數(shù)。其中潤滑油總管壓力值（PT841）與電控系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)鎖，也是緊急停機(jī)聯(lián)鎖控制的條件之一。 3.5 動(dòng)力油站 該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)給透平膨脹機(jī)的靜葉調(diào)節(jié)閥、TRT裝置的兩路旁通電液伺服閥和快速切斷閥等設(shè)備提供動(dòng)力源，確保各種閥門快速可靠動(dòng)作。 系統(tǒng)設(shè)置了動(dòng)力油箱液位（LT701）、動(dòng)力油箱溫度（TE701）、動(dòng)力油總管壓力（PT741）及動(dòng)力油各類過濾器差壓開關(guān)等監(jiān)測參數(shù)。其中動(dòng)力油總管壓力（PT741）與電控系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)鎖，是緊急停車聯(lián)鎖控制的條件之一。 3.6 氮?dú)饷芊庀到y(tǒng) 主要負(fù)責(zé)對進(jìn)入透平膨脹機(jī)進(jìn)氣側(cè)和排氣側(cè)的高爐煤氣進(jìn)行密封，防止煤氣外漏造成安全隱患。 主要監(jiān)測參數(shù)有：氮?dú)饬髁浚‵IQ501）、氮?dú)鈮毫Γ≒T501）、氮?dú)鉁囟龋═E501）、氮?dú)馀c膨脹機(jī)內(nèi)煤氣差壓（PdT502）以及用于調(diào)節(jié)其差壓的氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥（PdCV502）等。 總之，整個(gè)TRT裝置自動(dòng)化儀表系統(tǒng)由受地安裝儀表和盤裝儀表及各種調(diào)節(jié)閥等組成，包括各類現(xiàn)場指示儀表、變送類儀表、盤裝儀表和調(diào)節(jié)控制類儀表，它們共同組成的監(jiān)測系統(tǒng)對TRT裝置的熱工參數(shù)進(jìn)行全過程的監(jiān)控，確保TRT系統(tǒng)和高爐的正常平穩(wěn)運(yùn)行。 4 TRT裝置儀控系統(tǒng)的安裝、調(diào)試 4.1 TRT裝置受地安裝的現(xiàn)場指示類儀表 主要指彈簧管壓力儀表、雙金屬溫度計(jì)、玻璃溫度計(jì)等。 4.1.1 現(xiàn)場指示類儀表都是現(xiàn)場就地安裝，所處的環(huán)境惡劣，在選取此類儀表時(shí)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)過程對壓力、溫度測量的精度要求、被測介質(zhì)的溫度高低、黏度大小、腐蝕性、臟污情況、潮濕、振動(dòng)、是否易燃易爆等條件，合理選擇儀表的測量范圍、精度等級以及是否需加裝附加裝置等。 4.1.2 現(xiàn)場指示類儀表在安裝時(shí)，應(yīng)考慮檢測點(diǎn)的選取，以及今后檢修是否方便等因素，彈簧管壓力表的引壓管不宜過長，否則會(huì)造成測量滯后，測量蒸汽或有腐蝕性的介質(zhì)時(shí)，應(yīng)加裝隔離罐。 4.1.3 現(xiàn)場指示類儀表的調(diào)試相對簡單，雙金屬溫度計(jì)和玻璃溫度計(jì)都是即裝即用，一般不需系統(tǒng)調(diào)試，而彈簧管壓力儀表在測量蒸汽或液體時(shí)，如果壓力表安裝在生產(chǎn)工藝管道的下方，則壓力表示值比工藝管道的實(shí)際壓力高，因此示值讀數(shù)時(shí)應(yīng)減去從壓力表到管道取壓口之間的這段液柱靜壓力，否則會(huì)造成測量誤差。 4.2 TRT裝置控制類儀表的安裝、調(diào)試 4.2.1 控制類儀表是TRT裝置的主要監(jiān)控儀表。此類儀表品種數(shù)量多，一般都是單元組合儀表，包括壓力變送器、差壓變送器、熱電偶、熱電阻、調(diào)節(jié)閥、CO檢測探頭、振動(dòng)檢測探頭、位移檢測探頭轉(zhuǎn)速檢測探頭等等。分為一次檢測元件和二次儀表，一次檢測元件也稱變送類儀表，如熱電阻、熱電偶、壓力變送器、差壓變送器及各種探頭等，通常安裝在現(xiàn)場，二次儀表指各種數(shù)字顯示儀表，一般安裝在控制室內(nèi)的儀表盤上。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，集散控制系統(tǒng)（DCS系統(tǒng)）已經(jīng)成為了過程工業(yè)自動(dòng)化控制的主流，該系統(tǒng)去掉了復(fù)雜煩瑣的二次儀表盤和顯示儀表，一次檢測元件或變送器來的模擬量或標(biāo)準(zhǔn)4～20mA信號直接進(jìn)入DCS系統(tǒng)的過程控制單元的各類模塊，完成現(xiàn)場熱工檢測、控制信號的采集、處理以及各種控制功能，再通過人機(jī)接口單元和通信網(wǎng)絡(luò)單元，完成對各類熱工參數(shù)的顯示和控制。 冷鋼的TRT裝置就采用了DCS系統(tǒng)（即集散控制系統(tǒng)），整個(gè)儀控系統(tǒng)除現(xiàn)場安裝了一次檢測元件和各類變送器之外，全部信號都進(jìn)入了DCS系統(tǒng)，大大簡化了儀控系統(tǒng)的安裝調(diào)試工作。 4.2.2 一次檢測元件的安裝一般根據(jù)工藝提供的要求將基座焊接在相應(yīng)的工藝管道上。 感溫元件（熱電阻、熱電偶）的安裝應(yīng)確保測量的準(zhǔn)確性，在管道中，感溫元件應(yīng)迎著介質(zhì)流向插入，且工作端應(yīng)置于管道中流速最大之處，為避免由于熱輻射產(chǎn)生的測溫誤差，在安裝測溫元件的地方，應(yīng)采取保溫絕熱措施。 壓力變送器和差壓變送器應(yīng)采用保護(hù)箱支架安裝，并固定在無振動(dòng)的環(huán)境中，使用屏蔽電纜與DCS系統(tǒng)的模塊相連接。調(diào)節(jié)閥的安裝位置根據(jù)工藝要求來定。 振動(dòng)檢測和位移檢測探頭分別安裝在透平膨脹機(jī)的左軸承箱體和右軸承箱體內(nèi)以及電機(jī)軸承箱體內(nèi)，具體位置設(shè)備已有預(yù)設(shè)，安裝時(shí)只需對號入座裝上就行了。 4.2.3 單元組合儀表組成的過程控制系統(tǒng)的調(diào)試，要在安裝前對每臺(tái)變送器按檢定規(guī)程的要求進(jìn)行檢定，合格后再送到現(xiàn)場安裝。系統(tǒng)安裝完成后，通電，用標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器從現(xiàn)場變送器處加壓力信號，在控制室電腦上讀數(shù)，檢驗(yàn)該參數(shù)檢測系統(tǒng)誤差是否正常。 振動(dòng)、位移和轉(zhuǎn)速探頭的調(diào)試相對復(fù)雜一點(diǎn)，冷鋼采用的是美國ENTEK公司的產(chǎn)品，由振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速探頭和前置器組成。二者采用二線制連接，前置器采用單獨(dú)的24V電源盒供電，其輸出4～20mADC信號至控制室DCS系統(tǒng)模塊。振動(dòng)、位移探頭和前置器裝好后，通電進(jìn)行調(diào)試，將一塊檢測鋼板慢慢靠近探頭，同時(shí)用數(shù)字萬用表測量前置器輸出電壓，直至輸出不再變化為止，記下此時(shí)的輸出電壓值為-2V，再將檢測鋼板慢慢遠(yuǎn)離探頭，觀察輸出電壓的變化，直至輸出電壓不再變化為止，記下此時(shí)的電壓值為-18V，二者的差值就是探頭的檢測范圍所對應(yīng)的輸出電壓變化范圍10V?？紤]到振動(dòng)和位移有一個(gè)正負(fù)值的問題，因而將探頭的零位輸出定為-10V左右（這個(gè)機(jī)械零點(diǎn)具體位置應(yīng)由機(jī)裝工提供）為宜。比如，經(jīng)過調(diào)試，冷鋼TRT裝置透平機(jī)軸位移從-27．5絲～0～+27．5絲對應(yīng)的前置盒輸出電壓為-2V～-10V～-18V，其它振動(dòng)探頭的調(diào)試方法也一樣。 綜上所述，振動(dòng)、位移探頭與前置盒的調(diào)試，一是要測試出探頭行程所對應(yīng)的輸出電壓值，二是要由機(jī)裝工提供準(zhǔn)確的設(shè)備機(jī)械零點(diǎn)位置。 5 結(jié)語 冷鋼自行安裝和調(diào)試的5座高爐TRT儀控系統(tǒng)，性能優(yōu)良、穩(wěn)定性好，對高爐爐頂壓力的控制精度有很大的改善，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。高爐煤氣TRT裝置在冷鋼的應(yīng)用，獲到了良好的效果，正常情況下的爐頂壓力控制在±3．5KPa，處于國內(nèi)較好的水平，有利于高爐的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和平穩(wěn)運(yùn)行。正常情況下高爐爐頂壓力通過TRT控制，與原來未使用TRT技術(shù)的高爐比較，極大地減少了減壓閥組的使用和損耗，控制系統(tǒng)運(yùn)行速度快，穩(wěn)定性高，同時(shí)減少了高爐生產(chǎn)對環(huán)境的污染，降低了噪聲。通過并網(wǎng)發(fā)電，5座高爐TRT裝置的年發(fā)電量為公司創(chuàng)效達(dá)2000萬元。 參考文獻(xiàn) 1 熱工儀表及自動(dòng)化裝置.山西省電力工業(yè)局編. 2 樂嘉謙.化工儀表檢修工.化學(xué)工業(yè)出版社 3 TRT裝置儀控系統(tǒng)原理圖 陜西鼓風(fēng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司 |
