高爐軟水密閉循環冷卻系統安全控制策略的製作方法

2023-06-15 22:07:26 1

專利名稱：高爐軟水密閉循環冷卻系統安全控制策略的製作方法
技術領域：
本發明涉及高爐冷卻系統，特別是涉及一種高爐軟水密閉循環冷卻系統。
背景技術：
高爐軟水密閉循環冷卻系統是高爐冶煉系統的重要組成部分，它承擔著為高爐爐 體進行冷卻的關鍵任務，與高爐一代爐齡長壽與否密切相關。冷卻系統一旦出現問題，而又 不能合理處理或及早發現，將嚴重威脅高爐生產，造成巨大的經濟損失。因此，高爐軟水密 閉循環冷卻系統的安全控制策略的研究與應用迫在眉睫。目前軟水密閉循環冷卻系統及其控制策略存在以下幾類的問題膨脹罐液位控制 策略與檢測數據處理過於簡單，易造成特殊情況下的設備誤動作或不動作，影響整個軟水 系統順行；軟水密閉循環系統中重要氣動閥的控制時序不合理，難以發揮軟水系統處理事 故的應急能力；泵組和泵的故障處理策略過於簡單化，缺乏理論分析和實驗數據。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種高爐軟水密閉循環冷卻系統安全控制策 略，本發明能實現軟水密閉循環系統的事故緊急處理和安全控制。本發明所採用的技術方案是高爐軟水密閉循環冷卻系統包括軟水補水安全控制 策略，使得膨脹罐液位保持在正常水位；供水泵組安全控制策略，使得主供水泵組和增壓泵 組在事故狀態下能維持高爐軟水密閉循環冷卻系統的軟水供應。軟水補水安全控制策略包括以下幾點(11)將膨脹罐水位按照從高到低分為5檔高高、高、低、低低和低低低，設定正常 水位為高檔和低檔之間；(12)檢測軟水池的水位，當其水位為低低檔或低低低檔時，則停止軟水補水泵組 的運行，否則進入下一步；並且當接收到軟水池低低檔的信號5s，且其變化率在正常的區 間內時，才認定低低檔的信號有效；(13)檢測膨脹罐的水位，確定高爐軟水密閉循環冷卻系統的運行狀態，當所述冷 卻系統正常運行時，損耗補水；當所述冷卻系統漏水時，緊急補水；在膨脹罐傳感器信號故 障時，預估補水；當軟水補水泵組中有水泵出現問題時，啟用備用設備補水；當膨脹罐的水 位為高高檔時，氮氣閥關閉，溢流閥開啟；膨脹罐的水位非高高檔時，氮氣閥開啟，溢流閥關 閉；在處理時，當軟水補水泵組有水泵運行5秒之後，再開啟軟水供水泵組出口氣動閥，在 停止最後一臺運行泵前，先關閉軟水供水泵組出口氣動閥再停泵。供水泵組安全控制策略包括以下幾點(21)將主供水泵組的四臺電動水泵使用2臺，另2臺備用，外加一臺柴油機泵作為 備用；高壓供水泵組的三臺電動水泵使用1臺，另2臺備用；中壓供水泵組的兩臺電動水泵 使用1臺，另1臺備用；正常狀態下，中、高壓供水泵組各有一臺水泵處於運行狀態，主供水 泵組有2臺電動水泵在運行；事故狀態下，若中高壓供水泵組出現故障就進入(22)，若主供水泵組出現故障就進入(23)；(22)中高壓泵組互相備用若中壓供水泵組的運行泵出現故障，且其備用泵也出現故障，高壓供水泵組的第 一備用泵會自動啟動，同時，中高壓泵組聯通氣動閥打開；當中壓供水泵組有一臺泵恢復正 常且運行後，高壓供水泵組會停止運行一臺備用泵，中高壓泵組聯通氣動閥關閉；若高壓供水泵組的運行泵故障，且兩臺備用泵均無法正常啟動時，中壓供水泵組 的備用泵自動啟動，同時，中高壓泵組聯通氣動閥打開；當高壓供水泵組有一臺泵恢復正常 且運行後，中壓供水泵組會停止運行一臺備用泵，中高壓泵組聯通氣動閥關閉；若高壓供水泵組的運行泵故障，且兩臺備用泵均無法正常啟動，中壓供水泵組的 備用泵自動啟動失敗情況下，中高壓泵組聯通氣動閥打開；當高壓供水泵組有一臺泵恢復 正常且運行後，中高壓泵組聯通氣動閥關閉；高壓供水泵組的水泵均無法運行時，無論中壓供水泵組有幾臺泵在運行，都關閉 事故限流氣動閥，當本高爐軟水密閉循環冷卻系統所有泵組的運行情況恢復 正常後，事故 限流氣動閥重新打開；(23)主供水泵組出現故障當主供水泵組只有一臺電動水泵或電動水泵都不能 運行時，柴油機泵啟動；若所有水泵無法啟動時，則打開主供水泵旁通氣動閥，保證水路回 流；當其中任何一臺水泵恢復運行，則關閉主供水泵旁通氣動閥。本發明的優點本發明緊密結合工藝實際，以故障實際數據分析確定控制策略輸 出，能實現軟水密閉循環系統的事故緊急處理和安全控制。


圖1是本發明的結構框圖。圖中，軟水補水泵組水泵Ρ0-1、Ρ0-2、Ρ0-3 ；主供水泵組水泵P3-1、P3_2、P3_3、 P3-4、P3-5、P3-6 ；高壓供水泵組水泵Pl-1、Pl-2、P1-3 ；中壓供水泵組水泵P2_1、P2_2 ；
冷卻設備冷卻壁直管、蛇形管、爐底冷卻管；風口管閥風口小套、風口中套、直吹管、熱風 閥、排出閥；Vl 中高壓泵組聯通氣動閥；V2 事故限流氣動閥；V3 主供水泵旁通氣動閥； V4 軟水供水泵組出口氣動閥；V5 膨脹罐氣動閥；V6 膨脹罐溢流閥；V7 氣化冷卻氣動 閥；V8 膨脹罐排水閥。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細的說明。如圖1所示，高爐軟水密閉循環冷卻系統，包括冷卻設備、膨脹罐、熱交換器、主供 水泵組、增壓泵組、風口管閥、脫氣罐和軟水補水泵組；軟水由主供水泵組送至冷卻設備，再 分成兩路，一路直接送至脫氣罐前，另一路通過增壓泵組和風口管閥，兩路匯合後送至脫氣 罐脫氣，然後進入膨脹罐加壓、檢漏，最後進入熱交換器降溫，降溫後的軟水送至主供水泵 組重新循環使用，軟水補水泵組的輸出接至主供水泵組。其中，膨脹罐的液位控制軟水補水 泵組的補水，膨脹罐的壓力控制本發明軟水冷卻系統的壓力。軟水補水泵組包括並聯的兩臺電動水泵和一臺柴油機泵，即水泵P0-1、P0-2、 P0-3。軟水補水泵組通過軟水供水泵組出口氣動閥V4接至主供水泵組，軟水供水泵組和外網之間還接有軟水製備系統和軟水池。本發明的冷卻系統中還接有加藥裝置。主供水泵組包括並聯的四臺電動水泵和一臺柴油機泵，即水泵P3-1、P3-2、P3_3、 P3-4、P3-5、P3-6。主供水泵組還接有主供水泵旁通氣動閥V3。冷卻設備包括蛇形管、爐底冷卻管和冷卻壁直管，蛇形管和爐底冷卻管串聯後再 和冷卻壁直管並聯。蛇形管又分為爐身中部蛇形冷卻管系統個爐缸蛇形冷卻管系統。增壓泵組包括並聯的高壓供水泵組和中壓供水泵組。高壓供水泵組包括並聯的 三臺電動水泵，即水泵Pl-1、Pl-2、P1-3。中壓供水泵組包括並聯的兩臺電動水泵，即水泵 Ρ2-1、Ρ2-2。高壓供水泵組和中壓供水泵組的輸出端之間還接有中高壓泵組聯通氣動閥VI。風口管閥包括風口小套、風口中套、直吹管、熱風閥和排出閥，高壓供水泵組和脫 氣罐之間接有風口小套，中壓供水泵組和脫氣罐之間接有並聯的風口中套、直吹管、熱風閥 和排出閥，風口小套的輸入端還和軟水補水泵組的輸出端相連，脫氣罐之前的冷卻設備的 旁路還接有事故限流氣動閥V2。冷卻設備輸出端和增壓泵組輸入端的連接點上還接有氣化冷卻氣動閥V7，在軟水 系統所有泵組(含柴油機泵)故障時，開啟氣動閥V7進行極端情況下的氣化冷卻，膨脹罐 上接有膨脹罐氮氣閥V5和輸出端相連的膨脹罐溢流閥V6、膨脹罐排水閥V8。高爐軟水密閉循環冷卻系統的安全控制策略包括軟水補水安全控制策略，使得 膨脹罐液位保持在正常水位；供水泵組安全控制策略，使得主供水泵組和增壓泵組在事故 狀態下能維持高爐軟水密閉循環冷卻系統的軟水供應。參與軟水補水安全控制的設備和傳感器信號有軟水供水泵組，軟水供水泵組出 口氣動閥V4，膨脹罐氮氣閥V5，膨脹罐溢流閥V6，膨脹罐的液位信號，軟水池的液位信號。其中，軟水補水安全控制策略包括以下幾點(11)將膨脹罐和軟水池的水位按照從高到低分為5檔高高、高、低、低低和低低 低，設定正常水位為高檔和低檔之間，如將高檔設定為3. 86m，低檔設定為2. 64m。(12)檢測軟水池的水位，當其水位為低低檔或低低低檔時，為防止空氣進入軟水 系統，須停止軟水補水泵組的運行，否則進入下一步。為保證軟水池液位的低低檔信號準確 性，防止誤停泵，所以當接收到低低檔的信號5s，且其變化率在正常的區間內時，才認定低 低檔的信號有效。(13)檢測膨脹罐的水位，確定高爐軟水密閉循環冷卻系統的運行狀態，當所述冷 卻系統正常運行時，損耗補水；當所述冷卻系統漏水時，緊急補水；在膨脹罐傳感器信號故 障時，預估補水；當軟水補水泵組中有水泵出現問題時，啟用備用設備補水。當膨脹罐的水 位為高高檔時，氮氣閥V5關閉，溢流閥V6開啟；膨脹罐的水位非高高檔時，氮氣閥V5開啟， 溢流閥V6關閉。軟水供水泵組出口氣動閥V4與軟水供水泵組連鎖，在此步處理時，當軟水 補水泵組有水泵運行5秒之後，再開啟軟水供水泵組出口氣動閥V4，在停止最後一臺運行 泵前，先關閉軟水供水泵組出口氣動閥V4再停泵。上述的軟水補水安全控制策略中的第(13)點具體包括以下幾點(131)檢測膨脹罐的水位，確定高爐軟水密閉循環冷卻系統的運行狀態；若為正 常運行，進入(132)；若系統有滲漏，進入(133)；若膨脹罐傳感器信號出現故障時，進入 (134)；若進行前三種處理情況時出現水泵問題，進入(135)。(132)損耗補水當全廠供電正常的情況下，所述冷卻系統正常運行，隨著系統損耗，膨脹罐水位下降至低檔，啟動軟水補水泵組中的一臺電動水泵補水進行損耗補水，水位 升至高檔時停水泵。(133)緊急補水若膨脹罐水位下降至低低檔，說明系統有滲漏，除了啟動一臺電 動水泵外，再增加一臺電動水泵緊急補水，當水位升至低檔時停一臺電動水泵，當水位升至 高檔時停所有水泵；若膨脹罐水位下降至低低低檔，啟動柴油機泵，當水位升至低低檔時， 停柴油機泵，然後按照前述方法進行處理。(134)預估補水軟水系統補水主要依據是膨脹罐液位，膨脹罐音叉開關安在高 爐本體，傳感器信號不準確以及通信故障的問題時有發生，因此，對膨脹罐液位信號不準確 的情況下，實現預估補水。首先將膨脹罐液位檔信號區分為以下三種情況進行處理第一膨脹罐液位檔五個傳感器開關本身存在邏輯關係，高信號有，則低信號必然 沒有；高高信號有，則高信號有；低低低信號有，則低低、低信號有；低低信號有，則低信號 有；第二 對於高信號、低信號，對其變化規律進行在線學習和記錄；第三判斷高高信號是否頻繁出現，且跳變；然後進行具體處理，當不滿足第一種情況或第三步得到肯定判斷時，給出膨脹罐 液位傳感器開關故障報警指示，同時進入按時間預估補水控制模式。本系統正常運轉時為 24小時補水5. 5噸(該值是不斷在線學習的)。預估補水開始時，首先記錄此時距離上一 次補水結束的時間，並計算出下一次補水的時間，在預估補水模式下，實現按時間補充一定 的水，在此期間，如果液位開關恢復正常，則切換至按傳感器信號補水模式。(135)備用設備補水若膨脹罐水位下降至低低檔且軟水補水泵組中的電動水泵 均有故障，啟動柴油機泵，液位升至高檔後停止柴油機泵；在全場停電時，將軟水補水泵組 中的柴油機泵啟動，且其軟水供水泵組出口氣動閥V4關閉，軟水柴油機泵脫離與液位的連 鎖，一直給風口小套供水，以保證在這種重大事故發生時，保持對小套的冷卻效果。供水泵組包括主供水泵組，高壓供水泵組，中壓供水泵組，中高壓泵組連通氣動 閥VI，事故限流氣動閥V2，主共水泵旁通氣動閥V3。供水泵組安全控制策略包括以下幾點(21)將主供水泵組的四臺電動水泵使用2臺，另2臺備用，外加一臺柴油機泵作為 備用。高壓供水泵組的三臺電動水泵使用1臺，另2臺備用。中壓供水泵組的兩臺電動水 泵使用1臺，另1臺備用。正常狀態下，中、高壓供水泵組各有一臺水泵處於運行狀態，主供 水泵組有2臺電動水泵在運行。事故狀態下，若中高壓供水泵組出現故障就進入(22)，若主 供水泵組出現故障就進入(23)。(22)中高壓泵組互相備用若中壓供水泵組的運行泵出現故障，且其備用泵也出現故障，高壓供水泵組的第 一備用泵會自動啟動，同時，中高壓泵組聯通氣動閥Vi打開。當中壓供水泵組有一臺泵恢 復正常且運行後，高壓供水泵組會停止運行一臺備用泵，中高壓泵組聯通氣動閥Vl關閉。若高壓供水泵組的運行泵故障，且兩臺備用泵均無法正常啟動時，中壓供水泵組 的備用泵自動啟動，同時，中高壓泵組聯通氣動閥Vi打開。當高壓供水泵組有一臺泵恢復 正常且運行後，中壓供水泵組會停止運行一臺備用泵，中高壓泵組聯通氣動閥Vl關閉。若高壓供水泵組的運行泵故障，且兩臺備用泵均無法正常啟動，中壓供水泵組的
7備用泵自動啟動失敗情況下，中高壓泵組聯通氣動閥Vl打開。當高壓供水泵組有一臺泵恢 復正常且運行後，中高壓泵組聯通氣動閥Vl關閉。在很多種事故狀態下，事故限流氣動閥V2關閉，可以保證系統更好的為用戶供 水。中壓供水泵組水泵出口壓力小於高壓供水泵組水泵出口壓力，高壓供水泵組的水泵均 無法運行時，無論中壓供水泵組有幾臺泵在運行，都關閉事故限流氣動閥V2，可以最大限度 保證風口小套和風口中套的用水量。當本高爐軟水密閉循環冷卻系統所有泵組的運行情況 恢復正常後，事故限流氣動閥V2重新打開。(23)主供水泵組出現故障當主供水泵組只有一臺電動水泵或電動水泵都不能 運行時，柴油機泵啟動；若所有水泵(含柴油機泵)無法啟動時，則打開主供水泵旁通氣動 閥V3，保證水路回流；當其中任何一臺水泵恢復運行，則關閉主供水泵旁通氣動閥V3，以保 證泵組出口壓力和流量比較大。綜上，安全控制策略可以準確及時有效應對可能發生的各種生產事故，同時，在事 故狀態下，給出事故報警提示和說明。
權利要求
高爐軟水密閉循環冷卻系統的安全控制策略，其特徵在於包括軟水補水安全控制策略，使得膨脹罐液位保持在正常水位；供水泵組安全控制策略，使得主供水泵組和增壓泵組在事故狀態下能維持高爐軟水密閉循環冷卻系統的軟水供應。
2.根據權利要求1所述的安全控制策略，其特徵在於軟水補水安全控制策略包括以下 幾點(11)將膨脹罐水位按照從高到低分為5檔高高、高、低、低低和低低低，設定正常水位 為高檔和低檔之間；(12)檢測軟水池的水位，當其水位為低低檔或低低低檔時，則停止軟水補水泵組的運 行，否則進入下一步；並且當接收到軟水池低低檔的信號5s，且其變化率在正常的區間內 時，才認定低低檔的信號有效；(13)檢測膨脹罐的水位，確定高爐軟水密閉循環冷卻系統的運行狀態，當所述冷卻 系統正常運行時，損耗補水；當所述冷卻系統漏水時，緊急補水；在膨脹罐傳感器信號故障 時，預估補水；當軟水補水泵組中有水泵出現問題時，啟用備用設備補水；當膨脹罐的水位 為高高檔時，氮氣閥關閉，溢流閥開啟；膨脹罐的水位非高高檔時，氮氣閥開啟，溢流閥關 閉；在處理時，當軟水補水泵組有水泵運行5秒之後，再開啟軟水供水泵組出口氣動閥，在 停止最後一臺運行泵前，先關閉軟水供水泵組出口氣動閥再停泵。
3.根據權利要求2所述的安全控制策略，其特徵在於所述第(13)點具體包括以下幾佔.(131)檢測膨脹罐的水位，確定高爐軟水密閉循環冷卻系統的運行狀態；若為正常運 行，進入(132)；若系統有滲漏，進入(133)；若膨脹罐傳感器信號出現故障時，進入(134)； 若進行前三種處理情況時出現水泵問題，進入(135)；(132)損耗補水當所述冷卻系統正常運行時，隨著系統損耗，膨脹罐水位下降至低 檔，啟動軟水補水泵組中的一臺電動水泵補水進行損耗補水，水位升至高檔時停水泵；(133)緊急補水若膨脹罐水位下降至低低檔，說明系統有滲漏，除了啟動一臺電動水 泵外，再增加一臺電動水泵緊急補水，當水位升至低檔時停一臺電動水泵，當水位升至高檔 時停所有水泵；若膨脹罐水位下降至低低低檔，啟動柴油機泵，當水位升至低低檔時，停柴 油機泵，然後按照前述方法進行處理；(134)預估補水首先將膨脹罐液位檔信號區分為以下三種情況進行處理第一膨脹罐液位檔五個傳感器開關本身存在邏輯關係，高信號有，則低信號必然沒 有；高高信號有，則高信號有；低低低信號有，則低低、低信號有；低低信號有，則低信號有；第二 對於高信號、低信號，對其變化規律進行在線學習和記錄；第三判斷高高信號是否頻繁出現，且跳變；然後進行具體處理，當不滿足第一種情況或第三步得到肯定判斷時，給出膨脹罐液位 傳感器開關故障報警指示，同時進入按時間預估補水控制模式，預估補水開始時，首先記錄 此時距離上一次補水結束的時間，並計算出下一次補水的時間，在預估補水模式下，實現按 時間補充一定的水，在此期間，如果液位開關恢復正常，則切換至按傳感器信號補水模式；(135)備用設備補水若膨脹罐水位下降至低低檔且軟水補水泵組中的電動水泵均有故障，啟動柴油機泵，液位升至高檔後停止柴油機泵；在全場停電時，將軟水補水泵組中的 柴油機泵啟動，且其軟水供水泵組出口氣動閥關閉，軟水柴油機泵脫離與液位的連鎖，一直 給風口小套供水，以保持對小套的冷卻效果。
4.根據權利要求1所述的安全控制策略，其特徵在於供水泵組安全控制策略包括以下 幾點(21)將主供水泵組的四臺電動水泵使用2臺，另2臺備用，外加一臺柴油機泵作為備 用；高壓供水泵組的三臺電動水泵使用1臺，另2臺備用；中壓供水泵組的兩臺電動水泵使 用1臺，另1臺備用；正常狀態下，中、高壓供水泵組各有一臺水泵處於運行狀態，主供水泵 組有2臺電動水泵在運行；事故狀態下，若中高壓供水泵組出現故障就進入(22)，若主供水 泵組出現故障就進入(23)；(22)中高壓泵組互相備用若中壓供水泵組的運行泵出現故障，且其備用泵也出現故障，高壓供水泵組的第一備 用泵會自動啟動，同時，中高壓泵組聯通氣動閥打開；當中壓供水泵組有一臺泵恢復正常且 運行後，高壓供水泵組會停止運行一臺備用泵，中高壓泵組聯通氣動閥關閉；若高壓供水泵組的運行泵故障，且兩臺備用泵均無法正常啟動時，中壓供水泵組的備 用泵自動啟動，同時，中高壓泵組聯通氣動閥打開；當高壓供水泵組有一臺泵恢復正常且運 行後，中壓供水泵組會停止運行一臺備用泵，中高壓泵組聯通氣動閥關閉；若高壓供水泵組的運行泵故障，且兩臺備用泵均無法正常啟動，中壓供水泵組的備用 泵自動啟動失敗情況下，中高壓泵組聯通氣動閥打開；當高壓供水泵組有一臺泵恢復正常 且運行後，中高壓泵組聯通氣動閥關閉；高壓供水泵組的水泵均無法運行時，無論中壓供水泵組有幾臺泵在運行，都關閉事故 限流氣動閥，當本高爐軟水密閉循環冷卻系統所有泵組的運行情況恢復正常後，事故限流 氣動閥重新打開；(23)主供水泵組出現故障當主供水泵組只有一臺電動水泵或電動水泵都不能運行 時，柴油機泵啟動；若所有水泵無法啟動時，則打開主供水泵旁通氣動閥，保證水路回流； 當其中任何一臺水泵恢復運行，則關閉主供水泵旁通氣動閥。
全文摘要
本發明提供了一種高爐軟水密閉循環冷卻系統安全控制策略，它包括軟水補水安全控制策略，使得膨脹罐液位保持在正常水位；供水泵組安全控制策略，使得主供水泵組和增壓泵組在事故狀態下能維持高爐軟水密閉循環冷卻系統的軟水供應。本發明緊密結合工藝實際，以故障實際數據分析確定控制策略輸出，能實現軟水密閉循環系統的事故緊急處理和安全控制。
文檔編號C21B7/10GK101881960SQ201010206020
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月9日 優先權日2009年12月22日
發明者強健, 馬智慧 申請人:中冶南方工程技術有限公司