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    TRT自控系统控制方案
    点击:   发布日期:2012-04-17
    一 、前言
    TRT的全名为高炉煤气余压能量回收透平发电装置(Blast Furnace  top Pressure  recovery  turbine  unit),它是利用高炉炉顶排出的具有一定压力和温度的高炉煤气推动透平膨胀机旋转做功,驱动发电机发电的一种能量回收装置。通过将高炉煤气中蕴含的压力能和热能予以回收,达到节能、降噪、环保的目的,具有很好的经济效益和社会效益。
    TRT在运行过程中,不仅要尽可能回收高炉煤气中的能量,同时还必须保证高炉炉顶压力的稳定,因此TRT的控制环节对机组运行的安全性、可靠性和经济性至关重要。
    二、TRT工艺流程
    在TRT未投运前,高炉煤气是经减压阀组减压后,送到煤气主管上,再经过进一步净化后送至煤气用户。减压阀组是由几个不同孔径的电动蝶阀并联组成的大型阀门组,由炼铁厂高炉DCS的炉顶压力PID调节回路控制,再分程输出至各个阀门控制开度,使高炉炉顶压力保持在某一设定范围之内。
    TRT投运后,高炉煤气的一部分或全部经过透平膨胀做功,推动发电机发电,回收煤气中的压力能及热能。当高炉煤气全部流经TRT推动透平发电,减压阀组完全关闭时,称为全功率发电状态,具有相当可观的经济效益。但TRT的生产应以绝对保证高炉生产为前提,绝不能为了多发一些电而造成炉顶压力的过大波动,影响高炉的正常生产。
    普遍TRT工艺流程如图1所示,高炉炉顶出口的煤气经过清洗除尘设备处理后,送到减压阀组和TRT装置。减压阀组和TRT装置成并联关系,通入TRT装置的煤气经入口蝶阀.电液插板阀和紧急切断阀后,进入透平。在紧急切断阀处并联着启动阀,用于机组启动时的转速调节,由于TRT制造水平的提高,也可用静叶控制转速。另外,在紧急切断阀前到透平出口后,并联有旁通快开阀,作为TRT紧急停机时,补偿TRT流量突变之用,以确保炉顶压力不出现过大波动。
    TRT入口和出口有四个大型阀门:入口蝶阀、入口插板阀、出口蝶阀,出口插板阀。这四个阀门在TRT投入运行前必须打开,在运行过程中不直接参与控制,TRT停机后这四个阀门关闭,蝶阀也可用于在特殊紧急状况下的事故处理(联锁停机指令发出但紧急切断阀关闭失灵)。蝶阀可以在前后具有较高煤气差压的情况下动作,但蝶阀的密封性较差,因此,在入口蝶阀后面有一个插板阀,它的密封性好,但在阀门前后有差压时(>30Kpa)插板所承受的压力产生的摩擦力使之不能动作。插板阀的作用是在停机时完全切断高炉煤气,便于机组维护。由于在煤气有差压时插板阀强行动作可能造成损坏,因此,组态中应设定开阀顺序为:1)开出口插板阀;2)开出口电动蝶阀;3)开入口插板阀;4)开入口电动蝶阀,关阀顺序则应相反,1)关入口蝶阀;2)关入口电液插板阀;4)关出口电动蝶阀;5)关电液插板阀
    三、机组自控完成的功能及实施
    1.回路控制功能
    ①升速控制②氮封差压控制③升功率控制④功率顶压复合控制⑤快开旁通阀前馈控制⑥机组主要参数监视及报警系统,包括:
    a.TRT径向轴承温度的监视及报警b.TRT止推轴承温度的监视及报警c.TRT机轴振动、轴位移的监视和报警d.TRT转速监视机报警e.TRT进气及排气压力和温度的监视和报警f.TRT煤气流量监视g.机组润滑油压力监视和报警h.动力油压力监视和报警i.发电机功率监视j.发电机定子温度监视和报警k.发电机轴承温度监视机报警l.旁通阀位监视m.减压阀组阀位监视n.煤气含量监视和报警o.TRT静叶角度监视⑦逻辑连锁功能:
    a.机组启动连锁b.机组停机连锁c.润滑油泵启停联锁d.动力油泵启停联锁e.润滑油加热器联锁f.动力油加热器联锁g.油雾电机联锁h.盘车电机联锁
    四、控制方案的实现
    1 启动联锁
    TRT启动前必须向高炉和电气专业申请启动,在高炉、电气允许启动以及机组个线启动条件完全具备的情况下,按照一定的顺序有步骤的进行,,为保正机组的安全和防止误操作可能造成的事故,启动条件全部满足后,透平的静叶可调系统的闭锁锁才可解除,这是静叶才可允许打开进行转速和功率的调节。
    启动条件:
    ①润滑油压力正常②动力油压力正常③氮气压力正常④盘车运行⑤各供电电源正常⑥重故障复位⑦试验开关复位⑧静叶全关⑨高炉允许启动⑩电气允许启动⑪工艺管道上的阀门在允许位置
    2、停机联锁
    当TRT发生重故障时,为避免造成装置的灾难性事故,必须立刻使机组停止运作。当任一停机条件发生时,系统发出指令,使紧急切断阀立刻关闭,切断通向透平的煤气,同时发出信号使发电机与电网解列,闭锁启动阀和可调静叶。紧急停机控制由各阀门控制器的安全联锁功能完成,不论TRT是处于升转速还是并网发电阶段,各控制器处于手动/自动状态,都能使每个阀门按要求打开或关闭。停机后系统自动将状态存储器置位,使各阀门闭锁在安全位置,防止误操作。同时,还能将导致联锁停机的故障原因保持下来以便事后分析故障。
    3、润滑油泵启停联锁
    两台电动泵互为主备泵,当有一台泵运行时,另一台泵自动成为备泵。
    备用泵的启动:当备用泵在自动状态,此时当润滑油压力低或润滑油试验压力低或按PLC画面上润滑油泵的“启动”按钮时,备用泵启动。
    备用泵的停止:要停止的泵在自动状态,两台泵都在运行,且润滑油压力正常,操作员可以按PLC画面上任意一台泵的“停止”按钮停这台泵。
    联锁控制的原则是:自动启动,手动停止。
    4、动力油泵启停联锁
    两台电动泵互为主备泵,当有一台泵运行时,另一台泵自动成为备泵。
    备用泵的启动:当备用泵在自动状态,此时当动力油压力低或动力油试验压力低或按PLC画面上动力油泵的“启动”按钮时,备用泵启动。备用泵的停止:要停止的泵在自动状态,两台泵都在运行,且动力油压力正常,操作员可以按PLC画面上任意一台泵的“停止”按钮停这台泵。
    联锁控制的原则是:自动启动,手动停止。
    5、 润滑油加热器联锁
    润滑油电加热器的启动:当润滑油电加热器在自动状态,按PLC画面上润滑油电加热器的“启动”按钮时,润滑油电加热器启动。
    润滑油电加热器的停止:当润滑油电加热器在自动状态,当润滑油箱液位低、或润滑油箱温度高、或按PLC画面上润滑油电加热器的“停止”按钮时,润滑油电加热器停运。
    联锁控制的原则是:手动启动,自动停止。
    6、 动力油加热器联锁
    动力油电加热器的启动:当动力油电加热器在自动状态,按PLC画面上动力油电加热器的“启动”按钮时,动力油电加热器启动。
    动力油电加热器的停止:当动力油电加热器在自动状态,当动力油箱液位低、或动力油箱温度高、或按PLC画面上动力油电加热器的“停止”按钮时,动力油电加热器停运。
    联锁控制的原则是:手动启动,自动停止
    7、油雾电机启动
    油雾电机的启动:当油雾电机在自动状态,机组运转,且润滑油压力正常,按PLC画面上盘车油泵的“启动”按钮时,盘车油泵启动。
    油雾电机的停止:当油雾电机在自动状态,润滑油压力过低或按PLC画面上油雾电机的“停止”按钮时,盘车油泵停运。
    8、TRT转速调节
    在TRT升速至并网的过程中,转速调节是一个重要环节,机组必须按工艺要求的升速曲线稳定升速,转速在接近电网同步频率时是否稳定会直接影响到并网能否顺利、安全的完成。
    升速方式一般有两种方案。一种是启动阀升速,另一种是静叶升速。
    使用启动阀升速前,可调静叶根据机械性能置于一定角度。升速时可以使用手动操作DCS画面上的手操器开启动阀方式升速;也可以使用自动方式,由计算机按照设定好的升速曲线自动升速。
    使用可调静叶方案,不需借助启动阀,不仅节约设备投资,还减少了管网阻力造成的能耗。升速时可以使用手动操作DCS画面上的手操器操作静叶方式升速;也可以使用自动方式,由计算机按照设定好的升速曲线自动升速。实践表明,在控制参数充分优化的前提下,使用静叶角度控制转速的效果非常理想,即使在炉顶压力有一定的波动情况时,也能使被测值控制在+/-10rpm以内。
    9、功率顶压复合控制
    在发电机并网后,TRT进入功率――炉顶压力复合控制阶段,此时可调静叶和与TRT并联的减压阀组共同参与炉顶压力的调整。可调静叶控制不仅要保证炉顶压力的稳定,也要保证并网、升功率过程顺利平稳地进行,在升功率过程中,当炉顶压力出现下降时,可调静叶应能及时作出调整,为此,设置了功率――炉顶压力复合控制回路,用于控制可调静叶的开度。
    用于控制减压阀组和可调静叶的炉顶压力测量值和设定值来自同一信号,炉压测量值取自高炉侧两套炉顶压力测量系统的高选值,设定值由高炉DCS给定。来自高炉的炉顶压力设定值减去一定偏差后,作为控置可调静叶的炉顶压力设定值。当减压阀组控制回路和可调静叶控制回路共同起作用时,炉顶压力将优先跟踪静叶控制回路,随着可调静叶的逐渐打开,煤气流量由减压阀组转移至透平,减压阀组自动随之逐渐关闭。
    10、旁通阀前馈控制
    当TRT紧急停机时,透平入口前紧急切断阀将在1~2秒内完全关闭,切断通向透平的煤气,但是由于减压阀组的调节作用和机械特性都比较慢,高炉煤气流量的突变势必会造成炉顶压力的上升,对高炉造成很大影响,甚至危及高炉安全。快开阀前馈控制的作用正是在炉顶压力尚未上升之前,在关闭切断阀的同时,快速打开旁通阀,使原先从透平流过的煤气经由旁通阀流过,从而避免对高炉造成冲击。旁通阀的开度应与紧切停机前的透平工作状态有关,开度太小时,不能完全补偿流经透平的煤气流量,造成炉顶压力的突然上升,开得太大时,又会造成炉顶压力的下降,对高炉的生产造成不利影响。因此,快开阀的开度是由停机前的可调静叶开度和机组转速经过补偿运算后确定的,并且通过程序设定,使快开阀达到这一开度后以一定速率慢慢关闭,将对顶压的控制由TRT转移至减压阀组来完成。
    11、氮气密封差压控制
    在TRT运行中为了防止快切阀、透平轴端泄漏煤气,除了机械密封外,机组还设有氮气密封装置,要求密封氮气的压力略高于被封煤气地压力。因此,自控系统设置密封差压调节系统,自动调节压差,保证TRT的安全运行。
    12、紧急切断阀控制
    紧急切断阀必须在发电机已并网、可调静叶调节器已投自动的情况下才允许打开(启动阀调速时)。(在使用静叶调速的工艺时,紧急切断阀必须在静叶全关时才允许打开),当紧急停机联锁产生时,RS触发器复位,切断阀立即关闭。
    五、自控系统及仪表选型
    1、系统:建议选用横河cs3000或西门子pcs7系统,配置一个工程师站,一个操作员站。
    2、轴监测仪表:建议选用本特利或恩泰克仪表。
    3、压力开关:建议选用美国UE开关。
    4、变送器: 建议选用罗斯蒙特或EJA。
    5、转速监测仪表:建议ARIPAX或恩泰克。
    6、压力表、温度计、热电阻:西仪或川仪
    7、伺服系统:北京634所或蓝海TRT-818。
    8、 配电器:MTL或上海自动化仪表研究所或北京远东