| 作者：段林生（冷鋼品質部） 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、安裝和調試。 關鍵詞：TRT裝置 透平膨脹機 儀控系統(tǒng) 安裝 調試 1 前言 TRT技術是利用高爐爐頂煤氣壓力能及其熱能，通過膨脹透平做功，驅動發(fā)電機發(fā)電、回收能量的一項技術，其裝置也稱為高爐爐頂煤氣壓力回收透平發(fā)電機組。 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，完全浪費掉了，還對環(huán)境產生噪聲污染。同時由于用戶使用煤氣量的不同，造成煤氣壓力波動大、不穩(wěn)定，進而不利于高爐爐頂壓力的穩(wěn)定和調節(jié)，直接影響到高爐生產的順利運行。 近幾年來，由于中小型高爐采用軸流壓縮機鼓風和無料鐘爐頂以及干法布袋除塵等先進工藝技術，從而提高了高爐爐頂煤氣壓力，增加了煤氣流量，凈化煤氣質量已成現(xiàn)實，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，每小時發(fā)電1．5萬KWh，獲得了非常好的經濟效益、環(huán)保效益和社會效益。 冷鋼5座高爐TRT裝置的儀控系統(tǒng)安裝調試全部為自行完成，完全掌握了儀控系統(tǒng)安裝調試技術。 2 TRT系統(tǒng)的基本原理 高爐煤氣首先通過重力除塵進入TRT裝置，分別經過入口蝶閥、入口插板閥、文氏流量計和快速切斷閥后進入透平機。高壓煤氣經過透平機的各級靜葉，不斷做功并膨脹，同時溫度也不斷降低，通過做功推動透平機旋轉，動能經過連軸器帶動發(fā)電機旋轉，發(fā)電機發(fā)出電能并送至電網。為了保證TRT裝置的運行安全，在透平膨脹機旁并行安裝了兩個旁通閥，在整個回路里TRT系統(tǒng)取代了減壓閥組進行頂壓調節(jié)和煤氣輸送的作用，在完成的過程中同時產生了電能并調節(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)的正常和安全運行。 冷鋼5座高爐的TRT系統(tǒng)設備均成套采用陜西鼓風機（集團）有限公司的產品。該系統(tǒng)采取與調壓閥組并聯(lián)連接方式，正常情況下，由TRT裝置調控高爐爐頂煤氣壓力，當TRT裝置停車檢修時，則切換至調壓閥組調節(jié)高爐爐頂煤氣壓力，確保了整個高爐系統(tǒng)的可靠運行。 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)、動力油站、潤滑油站、氮氣密封系統(tǒng)六部分組成。 3.1 主流程系統(tǒng) 即整個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入口蝶閥（FV101）、入口插板閥（FV102）、壓力溫度補償?shù)奈那鹄芰髁坑嫞‵E101）、煤氣粉塵監(jiān)測儀（FCE101）、快速切斷閥（FV103）、經壓力溫度（PT201、TE201）檢測后進入透平膨脹機，經過透平膨脹機做功后的低溫、低壓煤氣又經壓力溫度檢測（PT202、TE202）后，通過電動插板閥（FV104）、電動蝶閥（FV105）控制，最后送往工藝管網供用戶使用。 這部分儀控系統(tǒng)的主要作用是監(jiān)測并控制進入TRT透平膨脹機的煤氣狀況、煤氣流量，并檢測進入透平膨脹機的工藝介質煤氣的各種熱工參數(shù)，如溫度、壓力、流量、粉塵含量等等。同時在透平膨脹機前設置了快速切斷閥，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，并且在透平膨脹機上安裝有電液伺服閥，用來控制透平膨脹機的靜葉開度，達到調節(jié)透平膨脹機轉速的目的。 3.2 軸系監(jiān)測系統(tǒng) 該系統(tǒng)的主要任務是監(jiān)測透平膨脹機及發(fā)電機的振動、位移和轉速，確保透平膨脹機和發(fā)電機的正常平穩(wěn)運行。 整個TRT裝置共設置了6套振動探頭、2套位移探頭和3套轉速探頭，分別是透平機進氣側軸振動（YE201A，B）、透平機排氣測軸振動（YE202A，B）、發(fā)電機瓦振動（YE301A，B）以及透平機軸位移（ZE203A，B）、透平機轉速監(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重事故的發(fā)生，振動、位移、轉速等三個參數(shù)均設置了兩套監(jiān)測儀表實行雙保險，且與電控系統(tǒng)進行了聯(lián)鎖，一旦監(jiān)測參數(shù)大于聯(lián)鎖設定值，立即起動緊急停機聯(lián)鎖控制，這時，緊急切斷閥快關，透平膨脹機靜葉全關，快速打開旁通閥控制爐頂壓力，確保整個TRT裝置安全和高爐的平穩(wěn)運行。 3.3 軸溫監(jiān)測系統(tǒng) 該系統(tǒng)主要監(jiān)測透平膨脹機和發(fā)電機的支承軸溫度與潤滑油溫度。 其分別監(jiān)測透平機進氣測支承軸溫（TE203A，B）、透平機排氣測支承軸溫度（TE204A，B）、透平機止推軸承溫度（TE205A，B，C，D）、電機軸承溫度（TE301A，B；TE302A，B）、潤滑油溫度（TE841）以及透平機回流油溫和電機回流油溫等。 為防止各種異常情況造成透平膨脹機和發(fā)電機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)進行了聯(lián)鎖，一旦機組支承軸承溫度大于聯(lián)鎖設定值，同樣立即起動緊急停機聯(lián)鎖控制，這時，緊急切斷閥快關，透平膨脹機靜葉全關，快速打開旁通閥控制爐頂壓力，確保整個TRT裝置安全和高爐的平穩(wěn)運行。 3.4 潤滑油站 該系統(tǒng)主要給透平膨脹機和發(fā)電機各支承軸承供油進行潤滑。 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和發(fā)電機的各支承軸承。 系統(tǒng)設置了潤滑油箱液位（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)進行了聯(lián)鎖，也是緊急停機聯(lián)鎖控制的條件之一。 3.5 動力油站 該系統(tǒng)主要負責給透平膨脹機的靜葉調節(jié)閥、TRT裝置的兩路旁通電液伺服閥和快速切斷閥等設備提供動力源，確保各種閥門快速可靠動作。 系統(tǒng)設置了動力油箱液位（LT701）、動力油箱溫度（TE701）、動力油總管壓力（PT741）及動力油各類過濾器差壓開關等監(jiān)測參數(shù)。其中動力油總管壓力（PT741）與電控系統(tǒng)進行了聯(lián)鎖，是緊急停車聯(lián)鎖控制的條件之一。 3.6 氮氣密封系統(tǒng) 主要負責對進入透平膨脹機進氣側和排氣側的高爐煤氣進行密封，防止煤氣外漏造成安全隱患。 主要監(jiān)測參數(shù)有：氮氣流量（FIQ501）、氮氣壓力（PT501）、氮氣溫度（TE501）、氮氣與膨脹機內煤氣差壓（PdT502）以及用于調節(jié)其差壓的氣動薄膜調節(jié)閥（PdCV502）等。 總之，整個TRT裝置自動化儀表系統(tǒng)由受地安裝儀表和盤裝儀表及各種調節(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)進行全過程的監(jiān)控，確保TRT系統(tǒng)和高爐的正常平穩(wěn)運行。 4 TRT裝置儀控系統(tǒng)的安裝、調試 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、玻璃溫度計等。 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，應根據(jù)生產過程對壓力、溫度測量的精度要求、被測介質的溫度高低、黏度大小、腐蝕性、臟污情況、潮濕、振動、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，應考慮檢測點的選取，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，否則會造成測量滯后，測量蒸汽或有腐蝕性的介質時，應加裝隔離罐。 4.1.3 現(xiàn)場指示類儀表的調試相對簡單，雙金屬溫度計和玻璃溫度計都是即裝即用，一般不需系統(tǒng)調試，而彈簧管壓力儀表在測量蒸汽或液體時，如果壓力表安裝在生產工藝管道的下方，則壓力表示值比工藝管道的實際壓力高，因此示值讀數(shù)時應減去從壓力表到管道取壓口之間的這段液柱靜壓力，否則會造成測量誤差。 4.2 TRT裝置控制類儀表的安裝、調試 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、調節(jié)閥、CO檢測探頭、振動檢測探頭、位移檢測探頭轉速檢測探頭等等。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的儀表盤上。 隨著計算機技術、控制技術、通信技術和顯示技術的不斷發(fā)展，集散控制系統(tǒng)（DCS系統(tǒng)）已經成為了過程工業(yè)自動化控制的主流，該系統(tǒng)去掉了復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準4～20mA信號直接進入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，再通過人機接口單元和通信網絡單元，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，全部信號都進入了DCS系統(tǒng)，大大簡化了儀控系統(tǒng)的安裝調試工作。 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的工藝管道上。 感溫元件（熱電阻、熱電偶）的安裝應確保測量的準確性，在管道中，感溫元件應迎著介質流向插入，且工作端應置于管道中流速最大之處，為避免由于熱輻射產生的測溫誤差，在安裝測溫元件的地方，應采取保溫絕熱措施。 壓力變送器和差壓變送器應采用保護箱支架安裝，并固定在無振動的環(huán)境中，使用屏蔽電纜與DCS系統(tǒng)的模塊相連接。調節(jié)閥的安裝位置根據(jù)工藝要求來定。 振動檢測和位移檢測探頭分別安裝在透平膨脹機的左軸承箱體和右軸承箱體內以及電機軸承箱體內，具體位置設備已有預設，安裝時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)的調試，要在安裝前對每臺變送器按檢定規(guī)程的要求進行檢定，合格后再送到現(xiàn)場安裝。系統(tǒng)安裝完成后，通電，用標準壓力發(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)，檢驗該參數(shù)檢測系統(tǒng)誤差是否正常。 振動、位移和轉速探頭的調試相對復雜一點，冷鋼采用的是美國ENTEK公司的產品，由振動、位移、轉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、位移探頭和前置器裝好后，通電進行調試，將一塊檢測鋼板慢慢靠近探頭，同時用數(shù)字萬用表測量前置器輸出電壓，直至輸出不再變化為止，記下此時的輸出電壓值為-2V，再將檢測鋼板慢慢遠離探頭，觀察輸出電壓的變化，直至輸出電壓不再變化為止，記下此時的電壓值為-18V，二者的差值就是探頭的檢測范圍所對應的輸出電壓變化范圍10V?？紤]到振動和位移有一個正負值的問題，因而將探頭的零位輸出定為-10V左右（這個機械零點具體位置應由機裝工提供）為宜。比如，經過調試，冷鋼TRT裝置透平機軸位移從-27．5絲～0～+27．5絲對應的前置盒輸出電壓為-2V～-10V～-18V，其它振動探頭的調試方法也一樣。 綜上所述，振動、位移探頭與前置盒的調試，一是要測試出探頭行程所對應的輸出電壓值，二是要由機裝工提供準確的設備機械零點位置。 5 結語 冷鋼自行安裝和調試的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，各項指標達到了設計要求。高爐煤氣TRT裝置在冷鋼的應用，獲到了良好的效果，正常情況下的爐頂壓力控制在±3．5KPa，處于國內較好的水平，有利于高爐的穩(wěn)產高產和平穩(wěn)運行。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)運行速度快，穩(wěn)定性高，同時減少了高爐生產對環(huán)境的污染，降低了噪聲。通過并網發(fā)電，5座高爐TRT裝置的年發(fā)電量為公司創(chuàng)效達2000萬元。 參考文獻 1 熱工儀表及自動化裝置.山西省電力工業(yè)局編. 2 樂嘉謙.化工儀表檢修工.化學工業(yè)出版社 3 TRT裝置儀控系統(tǒng)原理圖 陜西鼓風機（集團）有限公司 |
