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1、 第一节 大型高炉仪表工程 一、高炉仪表工程概述： 大型高炉过程检测与控制，自动化仪表设备及安装工程（为叙述方便以下简称高炉仪表工程）。是高炉系统工程的一部分，在工艺生产中有工业眼睛之称。随着自动控制水平的不断提高，智能仪表和PLC及DCS计算机系统在高炉生产中广泛应用，其作用越来越大，地位越来越高。 3200m3高炉设计年产生铁225万吨，计划投资16.8亿元，其中工程费用是13.98亿元，生产备用金2.82亿元，2004年8月8日破土动工，2005年12月26号联动试车完毕，工期17个月18天。3200m3高炉是仅次于宝钢高炉（4063 m3）的第二等高炉，是国内同等容积高炉中的第三座。它
2、汇聚了中国、俄罗斯、卢森堡、美国、意大利、日本、瑞典及英国等国家的高炉冶金技术、设备和优质材料，集当代高炉先进技术之大成。技术含量高，自动化水平高，经济技术指标高。从高产长寿（20年），节能消耗、环保要求各方面都进入全国高炉的先进行列。1、高炉仪表工程构成高炉仪表工程按生产系统大致可分为如下部分：（1） 外部管网仪表（含热力综合管线、燃气综合管线、富氧系统）（2） 供料及上料系统仪表（含槽上供料、矿槽、矿槽除尘、矿槽碎料仓）（3） 本体及附属工程仪表（含高炉本体，炉顶、煤气分析）（4） 出铁场系统仪表（含液压站管道泵、出铁场除尘）（5） 水冲洗仪表（含干渣泵房，炉后役循环水）（6） 热风炉系统
3、仪表（含热风炉、双予热系统）（7） 煤气清洗系统仪表（含煤气清洗及水处理）（8） 中心循环水泵房仪表（9） 鼓风机站仪表（10）煤气余压发电TRT系统仪表（11）喷煤系统仪表2、高炉仪表工程量自动化仪表在高炉过程中，点多、线长、面广。温度、压力、流量、重量、物位、机械量，成份分析等。工艺参数检测控制分布在高炉的所有系统。随时监控高炉的工作状况，给生产操作提供可靠的依据。（1）高炉本体测控点：检测参数285点，设置为：炉基温度1点，炉底温度82点，分二层第一层41点第二层41点，均匀分布在直径30m的炉底底面上。炉缸温度48点，分四层，每层12点，均匀分布在炉缸周围。冷却壁100点，分别均匀分布
4、在11段冷却壁上炉喉十字测温29点，均匀分布在炉喉测温十字冷却架上（为保证炉体温度测温准确可靠，热电耦采用特制双支铠装热电耦），热风温度2点，一点用于检测，一点用于热风温度自动控制。热风压力1点，炉身静压检测10点，分五段均匀分布在炉身周围。静压变送器集中安装在炉台上。炉身压差检测4点，用于检测高炉上下部位的透气率。氮气、氧气、蒸汽、压缩空气、天然气流量检测5点。压力检测5点。（2）高炉仪表工程量：A、仪表设备 1225台套B、PLC仪表检测控制1484点，包括仪表模拟量输入/输出（AI/AO），开关量输入/输出（DI/DO）C、仪表工程预制件5792套D、仪表电缆导线250316mE、仪表钢
5、管型材101519mF、仪表阀门管件5279件。见附表1、2。（3）高炉仪表工程设计 高炉仪表工程设计设备和施工图共53套，基础自动化仪表31套，PLC检测控制系统21套（其中电控15套，仪控6套）。见附表3、4。（4）高炉仪表工程慨算 高炉总投资16.8亿元，其中工程费用13.98亿元，设备安装费用6.78亿元，其中仪表自动化设备安装费用5497.03万元。见附表5二、高炉仪表技术特点1、基础自动化仪控系统（1）热风炉拱顶温度检测：热风炉拱顶温度生产工艺一般为10001300。目前主要采用S分度铂铑-铂热电锅或B分度双铂铑热电偶，配置相应的补偿导线进行环境温度补偿后检测拱顶温度，性能稳定可靠
6、，为一般设计常选。国内也有些高炉采用“插入式光电温度传感器及配套仪表”检测拱顶温度。传感器由感温管，一般采用刚玉管（也可采用金属陶瓷管，耐高温合金管），具有很好的耐高温，高压，防爆裂，抗腐蚀功能。感温管定长、管腔密封，内表面热辐射与温度符合热辐射定律：E=T4 ，其中斯缔芬. 波兹曼常数5.67*10-8W/m2.K4 ，黑度系数。由于感应管内径远小于管长，可近似于黑体辐射=1（利于互换性），感温管热辐射光束经光电转换器（由物镜、光栏、光电转换器及有温度补偿特性负载网络组成）产生光电信号。光电温度传感器的输出特性经验公式：Vt=e（12.9-15655/t+273.15）+0.02技术指标为：
7、适用温度为：750-1600 绝对误差：5 响应速度：1s实际应用情况表明，重复性，互换性能好，抗干扰能力强于热电耦，使用寿命试验：拱顶使用为S热电耦5-7倍。（2）热风炉空气，煤气流量检测压力补偿 空气、煤气流量检测是通过节流装置产生压差，经过开方运算后测得的。而节流装置的计算以一定的工作压力为基础。实际空气压力受鼓风机站输出压力而变化。高炉煤气压力也受高炉生产情况而波动。为克服介质压力对流量检测的影响，将压力信号及流量信号一起送入计算机对流量进行补正运算从而检测煤气、空气的实际流量。（3）热风炉空气煤气比值燃烧控制：热风炉燃烧采用前馈型双交叉限幅串级控制方式，以温度控制器作为主控制器，通过
8、温度检测控制煤气量大小，完成炉温主回路控制，煤气、空气流量控制器作为串级控制副回路保持空气与煤气随动调节，完成炉温精确控制。双交叉限幅保证空气与煤气燃烧的一定比例和限量安全配比。前馈控制提供控制系统提前调节信号，保证温度控制的响应速度。在低负荷状态下，由于煤气，空气电动调节阀进入非线性阶段，可能引起系统的振荡波动，危及温度的恒值控制和安全运行。系统采用开度控制。从而保证低负荷状态下，控制阀门的有效开度，使系统既稳定工作，又能维持较好的燃烧配比，使调节阀在小开度范围内稳定运行。（4）热风炉含氧量控制： 检测热风炉烟气中含氧量，反馈控制煤气量的大小，实现最佳化。空气煤气比值燃烧，对优化工艺控制，节
9、能降耗具有重要价值。在热风炉排烟管道出口安装氧化锆微氧分析仪，分析检测烟气中不完全燃烧的残余氧量，经转换器转换成统一标准420mA直流电信号，输入氧气调节器与工艺设定的氧气控制值比较后输送到煤气空气比值燃烧系统，作为煤气控制的辅助信号，参与控制煤气量大小调节空/煤比值，完成烟气含痒量控制。含氧量控制方式：自动方式（A方式）：在PLC监控CRT上由人工给定作为氧气调节回路的设定值，进行含氧量最佳化空/煤比燃烧控制。手动方式（M方式）：在CRT上由人工对氧气调节器的输出值进行手动控制。控制功能：A、微氧分析仪对氧量测量滤波，转换。B、氧气调节器实现超前，滞后比例，积分、微分（PID）控制。C、氧量
10、分析仪校正，清扫，自动切换/保持。保证在氧气分析仪校正，检修或采样测量管道清扫时停止控制运算，保持原有输出值不变。 D、含氧量切入/切出：含氧量控制可按生产工艺需要切入/切出控制系统，以保证工艺流程稳定和生产正常进行。2、过程控制PLC局域网络系统（1）系统组成：高炉过程控制为电气、仪表一体化PLC控制系统，并组成局域网络。其中仪表过程控制分为：高炉本体及炉顶子系统（含炉底仪控PLC，冷却壁仪控PLC，高炉冷却水仪控PLC），热风炉子系统，出铁场及除尘子系统，供料上料及除尘子系统。煤气清洗及水处理子系统，水冲洗子系统，中心循环泵房子系统，热力燃气能源介质子系统，喷煤子系统，TRT余压发电子系统
11、等十个子系统。以上仪控子系统与电控子系统共同构成高炉局域网络控制系统（附图）。（2）系统主要功能：1、实时监控：各仪控子系统，完成高炉各区域数据采集与监控。对生产过程中产生的温度、压力、流量、料位、料重、液位，成分分析等1500个模拟量工艺参数连续采样检测。通过传感器、变送器、转换器、PLC模块实现实时监控。2、自动调节：对高炉各系统的重要工艺参数，例如热风炉拱顶温度，送高炉热风围管温度，炉顶煤气压力，烟气含氧量控制，燃烧空/煤比自动调节，冷却水系统脱气罐液面自动控制。通过参数检测和计算机运算功能，对这些重要的参数实现优化自动调节。3、报警连锁：对危及生产安全和质量的工艺参数设置不同的限位，提
12、供报警和连锁措施。有上限报警、上上限连锁，下限报警、下下限连锁，限位中断，限位切断功能，保证工艺流程的衔接，产品的高质量和人身设备的安全运行。4、数据通讯：通过建立的拟态局域网络通讯系统，将高炉各区域子系统的设备状态和过程信息数据。在主控楼集中控制操作站上位计算机进行显示操作，实现对整个高炉炼铁生产工艺环节的集中控制。各区域子系统也可在本区域集中控制室操作站对本区域工艺参数实现显示监控，构成冗余控制系统。（3）人机接口（HMI）及功能：1、提供画面：按高炉生产工艺流程要求提供概貌图、流程图、分布图、趋势图等画面功能和格式。2、物流信息：生产过程中反应物流信息、矿石、焦碳、碎焦、溶剂等物流状况。
13、3、设备状态：待机启动、阀门停机开度位置状态。4、报警提示：工艺参数超过正常 时提示操作人员并发出声光报警信号。5、数据显示：工艺温度、压力、流量、物位（含液位）成分分析等参数测量值显示。6、设定修正：根据设计和工艺要求变化，设定和修正生产控制量，报警连锁值及限位值的大小。7、数据输入、储存和调用：系统可将检测信息作为历史数据自动保存，用于设备故障和运行状态分析。8、过程数据处理及趋势图显示9、选择类操作：包括操作模式选择（手动、半自动、自动）；模型控制开关选择操作。10、控制类操作：直接控制设备运行和停止11、维护性操作：用于系统操作和维护12、作业事件信息；各类生产故障及报警信息显示、记录
14、及打印。（4）系统的模拟运行： 高炉生产流程，采用软件访真的方法，一般在不使用物料实物（包括原料量和介质流量）的情况下，基础自动化可以按照具体的工艺控制要求进行局部区域（例如供料系统，上料系统）的模拟生产运行。模拟运行分区域模拟和全线模拟。该软件功能主要用于系统调试，设备检查和操作技术培训。三、高炉仪表系统调试1、单台仪表校验：（1）首次确认：高炉检测和控制仪表出厂检定合格后，经过包装、储存、运输、开箱、现场保管等环节后，不能保证其性能和技术指标保持出厂合格状态，因此在施工安装前应予以首次校验确认。（2）环境条件：单台仪表校验需在室内进行，并保证环境清洁卫生，无振动和强磁干扰，环境温度满足技术
15、要求。校验所用电源稳定，气源洁净干燥、稳定，标准仪器仪表具有计量鉴定合格证书，并在有效的周期内，精度高于被校验的单台仪表。（3）校验方法：单台仪表校验项目、指标、方法必须符合产品技术说明书的要求，并按设计图纸确定的量程，零点迁移量，报警连锁值、限位值进行校验。校准点一般不少于5个（零点、25%、50%、75%、100%量程）。（4）禁油防爆：有禁油和脱脂要求的仪表校验时需按规定进行禁油和脱脂处理，校验后注意保管。防止安装前污染。高炉煤气系统仪表（含炉顶、上升下降管、旋风除尘、煤气洗涤塔，捕滴器，TRT余压发电等部位）。校验安装时按设计要求认真检查防爆选型和处理措施。（5）控制阀门：控制调节阀和执行机构要进行行程试验，仪表膜头，缸体泄露性试验。事故切断线和设计规定有全行程时间的调节线需进行全行程时间试验。（6）其它：现场不具备条件的流量仪表必须验证制造厂产品合格证和检定试验报告。液位计，料位计及开关可在安装完成后，直接模拟液位、料位信号进行就地校验。称重仪表及其传感器可在安装完成后，直接均匀加载砝码进行就地校验。测量轴位移、轴振动的机械量仪表可用专用设备校验。校验合格的单台仪表要有合格标志，需加封印和漆封的部位应铅封和漆封。合格待装仪表要
