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摘要：该文通过具体实施的项目，详细论述了所设计高炉煤气放散监控系统的软硬件结构，给出了相应的设计方法和监控流程。运行情况表明，该系统可实现可靠放散点火和熄火，为工矿企业低热值气体放散系统的设计提供了一种参考途径。
关键词：高炉煤气；放散点火；组态监控
中图分类号：TP542 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）02-0197-02
Blast Furnace Gas Bleeder Monitoring System Design
MENG Te1 ， SONG Chao2 ，FENG Ying-qiao2 ，WANG Hai-tao2 ， LIU Bing-zhi 4
（1.Tangshan Changshuo Electrical Co.Ltd， Tangshan 063000， China； 2. Information Engineering College，North China University of Science and Technology， Tangshan 063210，China； 3. North China University of Science and Technology， Tangshan 063210，China；4.Hebei Locomotive Technician College，Tangshan 063030， China）
Abstract： This paper introduced the software and hardware architecture of gas bleeder igniting system of shaft furnace in detail via a real implemented project， as well as providing the related design method and monitoring process. Actual operation circumstance shows that the provided system could ignite and cutoff reliably，which enabled to provide a reference for the gas bleeder igniting system in lower calorific value to the industrial and mining enterprises.
Key words： blast furnace gas；bleeding ignition；configuration monitoring
1 煤氣放散系统构成
高炉煤气是冶金企业高炉炼铁过程中的副产品，若未经燃烧直接释放到空气中，既会产生严重大气污染，也极易造成周边群众发生煤气中毒事故。行业一般通过高炉煤气放散系统，监控点燃煤气并充分燃烧，使高炉煤气排放安全环保。
放散系统通常为塔架结构，由3组高炉煤气引燃管组成。为保证人身安全，减少对地面的污染，放散火炬高度约为70～100米。为确保放散火炬的气体能可靠点燃，通常在放散火炬口设置3个点火器点火引燃。
所设计放散系统分为机械和电气二部分：机械部分由火炬塔架、放散火炬（高炉煤气流通管道）、长明灯（天然气管道，起引燃放散煤气管高炉气的作用）、吹扫氮气管（为防止管路回火产生爆炸危险，在火炬引燃前和熄灭后都将用惰性气体氮气吹扫，以使管路口处无火焰。）以及各管路阀门组成；电气部分由点火枪、火焰检测、压力检测、各管路电动阀门的开闭、点火监控柜、现场监控柜以及中控室的中控柜等组成。其结构如图1所示。
2 煤气放散监控流程
放散系统的监控主要是根据放散气体管路压力的大小，自动或手动开启1#、2#或3#火炬各管路阀门，并自动引燃气体，同时对火炬的燃烧状态进行检测；反之，当放散气体管路的气压减小时，自动或手动关闭3#、2#或1#火炬各管路阀门，将其熄火。根据用户需要，制定的监控流程如图2所示。
根据放散监控发出的点火信号（或按监控按钮），启动点火程序，先对火炬筒体口进行氮气吹扫（前吹扫），之后打开引燃气主阀门，点燃长明灯，继而点燃主火炬，点燃成功之后关闭相应各长明灯阀，熄灭长明灯。而熄火程序则由放散监控系统自行监控，先将熄火信号反馈，再进行氮气吹扫（后吹扫）。
自动程序点火操作步骤及顺序具体实施为：按下1#点火信号按钮（或煤气主管路气压达到设定值A），系统将自动启动1#放散火炬点火子程序：先开1#氮气阀进行2分钟吹扫， 5s后打开1#长明灯阀，同时自动打开1#主气阀，然后开1#点火器（延时15s），将1#火炬的3个长明灯点燃，继而点燃1#火炬；若主管路气压上升到设定值B，系统将启动2#放散火炬点火子程序：打开2#氮气阀进行2分钟吹扫，5s后打开2#长明灯阀，同时自动打开2#主气阀，然后自动打开2#点火器（延时15s），将2#火炬的3个长明灯点燃，继而点燃2#火炬；当主管路气压再次上升到设定值C时，系统启动3#放散火炬点火子程序，其顺序同上。
当1#火炬系统处于现场或手动状态，或1#火炬管主气阀门故障，若此时高炉煤气主管气压值达到点火值A时，此时系统自动将1#放散火炬系统切除，将1#、2#、3#放散火炬系统的循环，改为自动启动2#放散火炬系统，若主管气压值继续上升，达到点火值B时，此时系统自动启动3#放散火炬系统，若主管气压值仍然继续上升，达到点火值C时，此时系统除了维持2#、3#管点火子系统继续运行外，发出主管气压超限报警。若2#、3#管点火子系统发生如上1#放散火炬状态时，以此类推处理。另，若系统处于2#、3#放散火炬系统循环状态时，1#放散火炬系统的状态为自动时，系统仍维持原态，直到2#、3#放散火炬系统有一个切除循环系统后，1#放散火炬系统才能补进系统循环圈。同时，当高炉煤气气压值为A值，并且1#放散火炬系统已经运行启动时，系统要不断检测高炉煤气气压，当气压值为A时（防止因主管压力漂浮变化，引起点火子系统不断启停），1#放散火炬系统将自动熄灭，其余类推。 布置在火炬顶部的热电偶检测火炬温度，通过二次表将检测到的温度信号上传输入到PLC，当检测到的温度达到设定值（300℃）时，即视为长明灯点火成功；当检测到的温度值未达到设定值时，则长明灯点火失败，延时报警并再次点火；若长明灯点燃后1.5分钟内未点燃火炬，或点火三次后仍未点燃火炬，点火失败并报警，系统自动关闭所有阀门（主气阀和引燃气主阀），分析并检查点火失败原因。
如需熄火按下熄火信号按钮，或根据放散气体气压的大小自动熄灭3#、2#或1#火炬，并关闭其相应的管路阀门。熄火流程与上面点火流程反之，此处不再赘述。
3 PLC监控程序设计
放散系统分程序监控、自动监控和手动监控三种方式。电气监控设备分别置于现场監控柜和中控柜中。中控柜置于中控室内，与上位监控计算机通讯联络；现场监控柜用于现场手动监控，其监控级别最高。现场柜可实现就地单步操作，并配有与远程中控柜的通讯接口。由于中控室距离现场火炬较远，为方便监控和操作，现场柜所控设备为操作方便，在柜面操作板上也设有相应的操作按钮及状态指示灯。
当放散系统处于手动或现场监控时，监控程序关闭，系统交由手动按钮监控。当系统处于自动状态时，程序设计功能如下：主程序担任高炉煤气主管路气压检测，下设1#放散火炬点火子程序、2#放散火炬点火子程序、3#放散火炬点火子程序分别完成1#、2#、3#放散火炬的点火监控。由于煤气燃烧属于高危场合，特别对管路阀门的故障在监控上做了如下处理：
4 组态软件程序设计
本项目在中控室的上位机中，由组态软件（亚控Kingview）设计的操作界面做系统监控，通过PPI接口与PLC通讯， 进入系统监控。
根据压力传感器和热电偶传感器所传数据，系统可监控实时工作状态。
高炉煤气燃烧是高危操作，一旦煤气未经燃烧大量进入空气，后果严重。因此在3个放散火炬口附近安装有摄像头，可在组态软件程序中实时监控放散系统工作状态。
5 总结
本高炉煤气放散点火监控系统自投入运行已经两年多，其现场运行状态良好，充分满足了用户设备废气处理的排放需求，达到了环保监测的允许值。由于本放散点火监控系统的设计，具有一定的通用性和可移植性，可为同类行业的相关设计提供一个参考范例。
参考文献：
[1] 西门子公司.S7-200可编程序监控器硬件与安装手册，2005.
[2] 孟如.基于WINCC的水泥生产线监控系统的研究[J].微计算机信息，2007（6）.
关键词：高炉煤气；放散点火；组态监控
中图分类号：TP542 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）02-0197-02
Blast Furnace Gas Bleeder Monitoring System Design
MENG Te1 ， SONG Chao2 ，FENG Ying-qiao2 ，WANG Hai-tao2 ， LIU Bing-zhi 4
（1.Tangshan Changshuo Electrical Co.Ltd， Tangshan 063000， China； 2. Information Engineering College，North China University of Science and Technology， Tangshan 063210，China； 3. North China University of Science and Technology， Tangshan 063210，China；4.Hebei Locomotive Technician College，Tangshan 063030， China）
Abstract： This paper introduced the software and hardware architecture of gas bleeder igniting system of shaft furnace in detail via a real implemented project， as well as providing the related design method and monitoring process. Actual operation circumstance shows that the provided system could ignite and cutoff reliably，which enabled to provide a reference for the gas bleeder igniting system in lower calorific value to the industrial and mining enterprises.
Key words： blast furnace gas；bleeding ignition；configuration monitoring
1 煤氣放散系统构成
高炉煤气是冶金企业高炉炼铁过程中的副产品，若未经燃烧直接释放到空气中，既会产生严重大气污染，也极易造成周边群众发生煤气中毒事故。行业一般通过高炉煤气放散系统，监控点燃煤气并充分燃烧，使高炉煤气排放安全环保。
放散系统通常为塔架结构，由3组高炉煤气引燃管组成。为保证人身安全，减少对地面的污染，放散火炬高度约为70～100米。为确保放散火炬的气体能可靠点燃，通常在放散火炬口设置3个点火器点火引燃。
所设计放散系统分为机械和电气二部分：机械部分由火炬塔架、放散火炬（高炉煤气流通管道）、长明灯（天然气管道，起引燃放散煤气管高炉气的作用）、吹扫氮气管（为防止管路回火产生爆炸危险，在火炬引燃前和熄灭后都将用惰性气体氮气吹扫，以使管路口处无火焰。）以及各管路阀门组成；电气部分由点火枪、火焰检测、压力检测、各管路电动阀门的开闭、点火监控柜、现场监控柜以及中控室的中控柜等组成。其结构如图1所示。
2 煤气放散监控流程
放散系统的监控主要是根据放散气体管路压力的大小，自动或手动开启1#、2#或3#火炬各管路阀门，并自动引燃气体，同时对火炬的燃烧状态进行检测；反之，当放散气体管路的气压减小时，自动或手动关闭3#、2#或1#火炬各管路阀门，将其熄火。根据用户需要，制定的监控流程如图2所示。
根据放散监控发出的点火信号（或按监控按钮），启动点火程序，先对火炬筒体口进行氮气吹扫（前吹扫），之后打开引燃气主阀门，点燃长明灯，继而点燃主火炬，点燃成功之后关闭相应各长明灯阀，熄灭长明灯。而熄火程序则由放散监控系统自行监控，先将熄火信号反馈，再进行氮气吹扫（后吹扫）。
自动程序点火操作步骤及顺序具体实施为：按下1#点火信号按钮（或煤气主管路气压达到设定值A），系统将自动启动1#放散火炬点火子程序：先开1#氮气阀进行2分钟吹扫， 5s后打开1#长明灯阀，同时自动打开1#主气阀，然后开1#点火器（延时15s），将1#火炬的3个长明灯点燃，继而点燃1#火炬；若主管路气压上升到设定值B，系统将启动2#放散火炬点火子程序：打开2#氮气阀进行2分钟吹扫，5s后打开2#长明灯阀，同时自动打开2#主气阀，然后自动打开2#点火器（延时15s），将2#火炬的3个长明灯点燃，继而点燃2#火炬；当主管路气压再次上升到设定值C时，系统启动3#放散火炬点火子程序，其顺序同上。
当1#火炬系统处于现场或手动状态，或1#火炬管主气阀门故障，若此时高炉煤气主管气压值达到点火值A时，此时系统自动将1#放散火炬系统切除，将1#、2#、3#放散火炬系统的循环，改为自动启动2#放散火炬系统，若主管气压值继续上升，达到点火值B时，此时系统自动启动3#放散火炬系统，若主管气压值仍然继续上升，达到点火值C时，此时系统除了维持2#、3#管点火子系统继续运行外，发出主管气压超限报警。若2#、3#管点火子系统发生如上1#放散火炬状态时，以此类推处理。另，若系统处于2#、3#放散火炬系统循环状态时，1#放散火炬系统的状态为自动时，系统仍维持原态，直到2#、3#放散火炬系统有一个切除循环系统后，1#放散火炬系统才能补进系统循环圈。同时，当高炉煤气气压值为A值，并且1#放散火炬系统已经运行启动时，系统要不断检测高炉煤气气压，当气压值为A时（防止因主管压力漂浮变化，引起点火子系统不断启停），1#放散火炬系统将自动熄灭，其余类推。 布置在火炬顶部的热电偶检测火炬温度，通过二次表将检测到的温度信号上传输入到PLC，当检测到的温度达到设定值（300℃）时，即视为长明灯点火成功；当检测到的温度值未达到设定值时，则长明灯点火失败，延时报警并再次点火；若长明灯点燃后1.5分钟内未点燃火炬，或点火三次后仍未点燃火炬，点火失败并报警，系统自动关闭所有阀门（主气阀和引燃气主阀），分析并检查点火失败原因。
如需熄火按下熄火信号按钮，或根据放散气体气压的大小自动熄灭3#、2#或1#火炬，并关闭其相应的管路阀门。熄火流程与上面点火流程反之，此处不再赘述。
3 PLC监控程序设计
放散系统分程序监控、自动监控和手动监控三种方式。电气监控设备分别置于现场監控柜和中控柜中。中控柜置于中控室内，与上位监控计算机通讯联络；现场监控柜用于现场手动监控，其监控级别最高。现场柜可实现就地单步操作，并配有与远程中控柜的通讯接口。由于中控室距离现场火炬较远，为方便监控和操作，现场柜所控设备为操作方便，在柜面操作板上也设有相应的操作按钮及状态指示灯。
当放散系统处于手动或现场监控时，监控程序关闭，系统交由手动按钮监控。当系统处于自动状态时，程序设计功能如下：主程序担任高炉煤气主管路气压检测，下设1#放散火炬点火子程序、2#放散火炬点火子程序、3#放散火炬点火子程序分别完成1#、2#、3#放散火炬的点火监控。由于煤气燃烧属于高危场合，特别对管路阀门的故障在监控上做了如下处理：
4 组态软件程序设计
本项目在中控室的上位机中，由组态软件（亚控Kingview）设计的操作界面做系统监控，通过PPI接口与PLC通讯， 进入系统监控。
根据压力传感器和热电偶传感器所传数据，系统可监控实时工作状态。
高炉煤气燃烧是高危操作，一旦煤气未经燃烧大量进入空气，后果严重。因此在3个放散火炬口附近安装有摄像头，可在组态软件程序中实时监控放散系统工作状态。
5 总结
本高炉煤气放散点火监控系统自投入运行已经两年多，其现场运行状态良好，充分满足了用户设备废气处理的排放需求，达到了环保监测的允许值。由于本放散点火监控系统的设计，具有一定的通用性和可移植性，可为同类行业的相关设计提供一个参考范例。
参考文献：
[1] 西门子公司.S7-200可编程序监控器硬件与安装手册，2005.
[2] 孟如.基于WINCC的水泥生产线监控系统的研究[J].微计算机信息，2007（6）.