论文部分内容阅读
【摘 要】高炉喷吹煤粉已是铁前降成本的一项重要举措，喷吹高挥发份的煤种有利于喷煤比的进一步提高，但由于煤粉挥发份高，易燃、易爆的特性要求喷煤系统必须采取安全有效地防爆检测系统，目前国内普遍采用的气体分析仪就是重要的检测设备，在线气体分析仪可以实现在线连续监测、分析、预警，防止系统O2、CO气体含量升高导致的燃爆。
【关键词】喷煤；防爆；气体分析仪；故障排除
0.概述
高炉喷吹煤粉是减少焦炭消耗、降低生产成本的有效途径，现已在各大钢铁企业得到广泛应用。临钢高炉喷煤系统始建于2002年，随着近几年钢铁市场疲软以及原材料价格的持续上涨，公司利润空间越来越低。为了进一步降本增效，在原喷吹低挥发份煤种的基础上，经对比分析，新增性价比更高的高挥发份煤种。但是高挥发份的烟煤存在易爆炸性，除了温度以外，促使烟煤发生爆炸的一个重要因素就是制粉系统中O2的含量，为了确保制粉系统的安全，加强安全检测系统检查和维护，增加安全报警装置，并与系统的安全紧急充氮连锁控制，成为首要任务。而在线气体分析仪正是实现在线连续监测、分析、预警的重要装置。
临钢炼铁厂在高炉喷煤系统采用的是南京某公司的两套气体分析仪，1#机组三个采点，分别位于中速磨入口、出口、收粉器出口；2#机组2个采点，分别位于A、B两个煤粉仓顶部。机组的核心部件氧气—一氧化碳分析仪采用的是西门子U23分析系统 。
1.在线气体分析仪的工作原理
分析仪主要由取样单元、气源净化单元、输气单元、预处理单元、分析单元、控制单元、标定单元组成，具备单点取样分析、多点取样双路切换分析的控制技术，达到循环检测各个测点的CO、O2等气体成分含量。系统具有安全可靠、取样真实、响应快、分析精度高、配置和选型最佳等诸多特色，系统不仅考虑了适应危险环境场所问题，也考虑了避免系统内部的不安全因素的产生，因此是解决烟煤制备过程中安全防控的有效设施。
临钢喷煤的分析仪采样点设置在制粉系统的中速磨入口、中速磨出口、制粉布袋出口、及两个煤粉仓等处，主要分析制粉过程系统中关键点的CO、O2等气体浓度，为一柜多点取样多路切换式，全天候在线运行。
1.1气体流程原理（见图一）。
以流路1为例进行分析：手动球阀1V1、1V3开，V5、V4调节到一定流量。样气经过探头过滤器2m1， 进入1SE2（KLTL301陶瓷过滤器），经分析电磁阀1YV1、m3（KLTL302）硫过滤后进入PU（抽气泵），进入CG（KLCG11-A）除湿器、然后通过切换阀V6、m4（KLTL309）膜式过滤器，通过L3流量计的调节进入分析仪表，分析完成后经过H（KLTL406）排空缓冲器排出。其中L调节分析流量， V4调节旁路流量，V5调节小排空流量，并将除湿器中的冷凝水带出进入缓冲器H。此时流路2进行反吹置换及排水，反吹时间为3分钟。
当流路一进行分析时，流路二进行反吹置换，2YV4、2YV5在反吹的前20秒的后10秒自动排液；流路二进行分析时，流路三进行反吹置换；流路三进行分析时，流路一进行反吹置换。如此构成一个循环，保证分析的连续性。
系统每一流路分析完后，该探头过滤器反吹3分钟。对于本分析系统，一般为分析5分钟，反吹3分钟并进行置换及排水。
系统校对应在手动状态下，此时按下校对键，切换手动阀V6切换到校对位置，使相应的标准气进入仪器，可进行仪器零点和量程的校验。
1.2电气控制原理
电气控制原理见电气原理图（图二）。
预处理部份的所有阀和泵及电动元件均由PLC（西门子S7—200）自动控制，同时所有的外部控制信号和报警信号都输入给PLC，或由PLC传送给主控室。
所有阀和泵的驱动元件为固态继电器，无触点，零相位触发。可靠性高，无电压尖峰干扰。
探头过滤器由双金属温控器恒定伴热温度。
1.3系统自动控制功能
PLC控制系统具有自动和手动两大控制状态，并且有单点取样分析和多点取样双路切换连续不间断分析方式。系统处于手动状态时、不受外部自动信号控制，可以进行手动反吹，手动分析、校对仪器和系统试漏等各项工作。
手动状态下可以全面检查系统是否正常并具备工业运行条件。此状态用于开机和定期检修。生产运行时，系统处于自动状态。这时系统发出“自动”触点闭合信息，说明分析系统已具备投入生产运行条件。在此状态下，系统进行采样、分析。此时气体浓度上、下限报警时，发出相应的开关量报警信号。对于本取样分析系統：当流路一分析时，流路二进行排水反吹，当流路二分析时，流路三进行排水反吹，当流路三进行分析时，流路一进行排水。以此类推，以保证分析数据的连续性。
2.分析仪的使用及维护
2.1定期巡检
定期巡检应由专人负责，维护、巡检的主要内容为检查分析仪分析流量是否正常，反吹压力够不够，KLTL309膜式过滤器的滤芯是否需要更换，KLCG11-A（除湿器）温度是否正常（5℃±0.5）等。
2.2分析仪器定期校验
正常运行中的分析仪器应定期进行“零点校正”和“量程校正”，校正方式为手动校正：
（1）CO零点、O2量程校正，首先，分析仪设置为手动分析状态，调节分析仪表的流量在1.2L/min左右即可。按下分析仪面板上的CAL按钮观察时间及数据，仪表进行自动校准。自动返回主画面并且CO浓度显示为“0%”；O2浓度显示为“20.95%”方可确定为CO零点、O2量程已校正完成。
（2）CO量程校正，首先，按下“手动”“校正”按钮，将设备设置为手动校正状态，再将面板上“切换阀”打在校对位置。再松开钢瓶气减压阀再打开约9800ppmCO气瓶总阀，然后再慢慢打开钢瓶气减压阀并观察出口压力表压力应<0.1Mpa，调节分析仪表的流量在1.2L/min左右即可。为保证对仪表量程校正的准确性，应对仪表通入足够长时间的CO标准气体，首先按ENTER键进入分析仪菜单Calibration，再按ENTER键进入Calibr.IR-channels，然后按ENTER键进入CO，再按ENTER键进入Start cal.MR1+2M2，按ENTER键进入标定界面观察仪表CO量程点无波动或微量波动后，按下ENTER键如果CO浓度显示为9800ppm 方可确定方可确定为CO量程点已校正完成。再按ESC返回主界面。校正完成后，请关闭CO标准气瓶总阀。 （3）O2零点校正，先松开钢瓶气减压阀再打开N2气瓶总阀，然后再慢慢打开钢瓶气减压阀并观察出口压力表压力应<0.1Mpa，调节分析仪表的流量在1.2L/min左右即可。为保证对仪表量程校正的准确性，应对仪表通入足够长时间的标准N2气体，首先按ENTER键进入Calibration，再按ENTER键进入Calibr.O2-sensor，然后按 ENTER键进入Star O2zero-cal，最后进入标定界面观察仪表O2零点无波动或微量波动后，按下ENTER键O2零点显示为“0%” 方可确定方可确定为零点已校正完成。按Esc保存并推出。校正完成后，请关闭N2气瓶总阀。
（4）O2内部量程校正，先松开钢瓶气减压阀再打开约20.9%O2气瓶总阀，然后再慢慢打开钢瓶气减压阀并观察出口压力表压力应<0.1Mpa，调节分析仪表的流量在1.2L/min左右即可。为保证对仪表量程校正的准确性，应对仪表通入足够长时间的标准20.9%O2气体，首先按ENTER键进入Calibration，再按ENTER键进入Calibr.O2-sensor，然后按ENTER键进入Start cal.MR-cal，最后进入标定界面观察仪表O2量程点无波动或微量波动后，按下ENTER键O2浓度显示为“20.9%” 方可确定校正完成。按Esc保存并推出。校正完成后，请关闭O2气瓶总阀。
（5）校正完成后，将切换阀从新设置在分析位置。按下“复位”按钮，设备继续投入工业运行状态。
3.故障分析与排除
3.1分析值准确性判断
若系统不漏气，分析仪器工作条件正常，分析值准确性判断的唯一办法是用标准气校对仪器，仪器校准零点和量程后，应相信分析仪器的准确性。对待异常数据，还需要通过生产系统全方位分析，查找数据异常的真正原因。
3.2测量误差超标
原因可能是系统总流量或分析流量过小导致，重点检查探头过滤器，陶瓷过滤器KLTL301是否堵塞，并及时清理干净。
3.3测量O2值偏高
原因1：探头安装法兰漏气。紧固探头法兰、接头，或更换密封垫。
原因2：系统泵前负压部分漏气：先关闭手动阀1V1，使系统处于内控试漏，再充气1分钟，然后关掉气源阀2V2，在各接头及焊接处涂抹皂液确认漏点并排除泄漏。
3.4 仪表内部进水
紧急处理措施：立即将仪表拆下，马上用N2吹。先把仪表内部管道水汽吹干，保护仪表，然后再找原因和采取处理方法。
3.5 KLCG11-A电子除湿器致冷效果差；主要表现为KLCG11-A的显示温度高
处理方法：更换KLCG11-A。
3.6经过KLCG11-A的总流量大
判断及处理方法：在保证分析流量的情况下，调节V4，V7及KLCG11-A下V5，减小经过KLCG11-A的流量，将多余的流量均通过手动阀V4，V7的旁路管道排出。使流量满足1.2～1.5L/min。
3.7 KLTL309膜式过滤器堵塞失灵
判断及处理方法：检查膜式过滤器滤芯是否潮湿，若已潮湿而没有报警，需要更换膜式过滤器滤芯；若没有潮湿，则不是该问题。当通过膜式过滤器观察窗看到以下情况时需要及时更换膜式过滤器滤芯：①：滤芯变脏，②：滤芯发黄，③：滤芯变湿。
3.8 除湿器下端排水不畅
判断及处理方法：液位报警器报警，说明排水不畅，拔开针阀V5的出水管观察有没有水流出，如果有，则需要调整针阀V5，加大排水量，系统就可以恢复正常；如果无，则可能是针阀堵塞，处理针阀堵塞问题，系统可以恢复正常。
3.9 探头堵塞的原因及处理方法
原因1：反吹气源压力低
处理方法：提高反吹压力，反吹压力应保证0.4～0.7MPa，若压力不够，则需加储气罐或加压泵。
原因2：探头加热器坏
处理方法：若检查发现确实是探头加热器坏，需更换加热器。
4.结束语
在线气体分析仪是用来分析气体混合物中CO、O2浓度的仪表，在冶金行业中使用领域很广，用量也较多，尤其在高炉制粉系统中，是高炉制粉系统中一个重要的、必不可少的安全环保设备。在线气体分析仪自2002年在我高炉制粉系统投用以来，设备运行稳定、可靠，检测精度高。在日常維护中，除了更换过硫过滤器、抽气泵和薄壁过滤器堵塞的故障以外，分析仪整体运行可靠，检测数据准确；为我公司制粉系统的安全运行提供了可靠的保障。
【参考文献】
[1]南京智达分析仪器有限公司产品使用说明书.
[2]南京科朗自动化科技有限公司高炉喷煤分析系统使用手册.
[3]刘美俊.西门子PLC编程及应用.北京：机械工业出版社，2011，7.
【关键词】喷煤；防爆；气体分析仪；故障排除
0.概述
高炉喷吹煤粉是减少焦炭消耗、降低生产成本的有效途径，现已在各大钢铁企业得到广泛应用。临钢高炉喷煤系统始建于2002年，随着近几年钢铁市场疲软以及原材料价格的持续上涨，公司利润空间越来越低。为了进一步降本增效，在原喷吹低挥发份煤种的基础上，经对比分析，新增性价比更高的高挥发份煤种。但是高挥发份的烟煤存在易爆炸性，除了温度以外，促使烟煤发生爆炸的一个重要因素就是制粉系统中O2的含量，为了确保制粉系统的安全，加强安全检测系统检查和维护，增加安全报警装置，并与系统的安全紧急充氮连锁控制，成为首要任务。而在线气体分析仪正是实现在线连续监测、分析、预警的重要装置。
临钢炼铁厂在高炉喷煤系统采用的是南京某公司的两套气体分析仪，1#机组三个采点，分别位于中速磨入口、出口、收粉器出口；2#机组2个采点，分别位于A、B两个煤粉仓顶部。机组的核心部件氧气—一氧化碳分析仪采用的是西门子U23分析系统 。
1.在线气体分析仪的工作原理
分析仪主要由取样单元、气源净化单元、输气单元、预处理单元、分析单元、控制单元、标定单元组成，具备单点取样分析、多点取样双路切换分析的控制技术，达到循环检测各个测点的CO、O2等气体成分含量。系统具有安全可靠、取样真实、响应快、分析精度高、配置和选型最佳等诸多特色，系统不仅考虑了适应危险环境场所问题，也考虑了避免系统内部的不安全因素的产生，因此是解决烟煤制备过程中安全防控的有效设施。
临钢喷煤的分析仪采样点设置在制粉系统的中速磨入口、中速磨出口、制粉布袋出口、及两个煤粉仓等处，主要分析制粉过程系统中关键点的CO、O2等气体浓度，为一柜多点取样多路切换式，全天候在线运行。
1.1气体流程原理（见图一）。
以流路1为例进行分析：手动球阀1V1、1V3开，V5、V4调节到一定流量。样气经过探头过滤器2m1， 进入1SE2（KLTL301陶瓷过滤器），经分析电磁阀1YV1、m3（KLTL302）硫过滤后进入PU（抽气泵），进入CG（KLCG11-A）除湿器、然后通过切换阀V6、m4（KLTL309）膜式过滤器，通过L3流量计的调节进入分析仪表，分析完成后经过H（KLTL406）排空缓冲器排出。其中L调节分析流量， V4调节旁路流量，V5调节小排空流量，并将除湿器中的冷凝水带出进入缓冲器H。此时流路2进行反吹置换及排水，反吹时间为3分钟。
当流路一进行分析时，流路二进行反吹置换，2YV4、2YV5在反吹的前20秒的后10秒自动排液；流路二进行分析时，流路三进行反吹置换；流路三进行分析时，流路一进行反吹置换。如此构成一个循环，保证分析的连续性。
系统每一流路分析完后，该探头过滤器反吹3分钟。对于本分析系统，一般为分析5分钟，反吹3分钟并进行置换及排水。
系统校对应在手动状态下，此时按下校对键，切换手动阀V6切换到校对位置，使相应的标准气进入仪器，可进行仪器零点和量程的校验。
1.2电气控制原理
电气控制原理见电气原理图（图二）。
预处理部份的所有阀和泵及电动元件均由PLC（西门子S7—200）自动控制，同时所有的外部控制信号和报警信号都输入给PLC，或由PLC传送给主控室。
所有阀和泵的驱动元件为固态继电器，无触点，零相位触发。可靠性高，无电压尖峰干扰。
探头过滤器由双金属温控器恒定伴热温度。
1.3系统自动控制功能
PLC控制系统具有自动和手动两大控制状态，并且有单点取样分析和多点取样双路切换连续不间断分析方式。系统处于手动状态时、不受外部自动信号控制，可以进行手动反吹，手动分析、校对仪器和系统试漏等各项工作。
手动状态下可以全面检查系统是否正常并具备工业运行条件。此状态用于开机和定期检修。生产运行时，系统处于自动状态。这时系统发出“自动”触点闭合信息，说明分析系统已具备投入生产运行条件。在此状态下，系统进行采样、分析。此时气体浓度上、下限报警时，发出相应的开关量报警信号。对于本取样分析系統：当流路一分析时，流路二进行排水反吹，当流路二分析时，流路三进行排水反吹，当流路三进行分析时，流路一进行排水。以此类推，以保证分析数据的连续性。
2.分析仪的使用及维护
2.1定期巡检
定期巡检应由专人负责，维护、巡检的主要内容为检查分析仪分析流量是否正常，反吹压力够不够，KLTL309膜式过滤器的滤芯是否需要更换，KLCG11-A（除湿器）温度是否正常（5℃±0.5）等。
2.2分析仪器定期校验
正常运行中的分析仪器应定期进行“零点校正”和“量程校正”，校正方式为手动校正：
（1）CO零点、O2量程校正，首先，分析仪设置为手动分析状态，调节分析仪表的流量在1.2L/min左右即可。按下分析仪面板上的CAL按钮观察时间及数据，仪表进行自动校准。自动返回主画面并且CO浓度显示为“0%”；O2浓度显示为“20.95%”方可确定为CO零点、O2量程已校正完成。
（2）CO量程校正，首先，按下“手动”“校正”按钮，将设备设置为手动校正状态，再将面板上“切换阀”打在校对位置。再松开钢瓶气减压阀再打开约9800ppmCO气瓶总阀，然后再慢慢打开钢瓶气减压阀并观察出口压力表压力应<0.1Mpa，调节分析仪表的流量在1.2L/min左右即可。为保证对仪表量程校正的准确性，应对仪表通入足够长时间的CO标准气体，首先按ENTER键进入分析仪菜单Calibration，再按ENTER键进入Calibr.IR-channels，然后按ENTER键进入CO，再按ENTER键进入Start cal.MR1+2M2，按ENTER键进入标定界面观察仪表CO量程点无波动或微量波动后，按下ENTER键如果CO浓度显示为9800ppm 方可确定方可确定为CO量程点已校正完成。再按ESC返回主界面。校正完成后，请关闭CO标准气瓶总阀。 （3）O2零点校正，先松开钢瓶气减压阀再打开N2气瓶总阀，然后再慢慢打开钢瓶气减压阀并观察出口压力表压力应<0.1Mpa，调节分析仪表的流量在1.2L/min左右即可。为保证对仪表量程校正的准确性，应对仪表通入足够长时间的标准N2气体，首先按ENTER键进入Calibration，再按ENTER键进入Calibr.O2-sensor，然后按 ENTER键进入Star O2zero-cal，最后进入标定界面观察仪表O2零点无波动或微量波动后，按下ENTER键O2零点显示为“0%” 方可确定方可确定为零点已校正完成。按Esc保存并推出。校正完成后，请关闭N2气瓶总阀。
（4）O2内部量程校正，先松开钢瓶气减压阀再打开约20.9%O2气瓶总阀，然后再慢慢打开钢瓶气减压阀并观察出口压力表压力应<0.1Mpa，调节分析仪表的流量在1.2L/min左右即可。为保证对仪表量程校正的准确性，应对仪表通入足够长时间的标准20.9%O2气体，首先按ENTER键进入Calibration，再按ENTER键进入Calibr.O2-sensor，然后按ENTER键进入Start cal.MR-cal，最后进入标定界面观察仪表O2量程点无波动或微量波动后，按下ENTER键O2浓度显示为“20.9%” 方可确定校正完成。按Esc保存并推出。校正完成后，请关闭O2气瓶总阀。
（5）校正完成后，将切换阀从新设置在分析位置。按下“复位”按钮，设备继续投入工业运行状态。
3.故障分析与排除
3.1分析值准确性判断
若系统不漏气，分析仪器工作条件正常，分析值准确性判断的唯一办法是用标准气校对仪器，仪器校准零点和量程后，应相信分析仪器的准确性。对待异常数据，还需要通过生产系统全方位分析，查找数据异常的真正原因。
3.2测量误差超标
原因可能是系统总流量或分析流量过小导致，重点检查探头过滤器，陶瓷过滤器KLTL301是否堵塞，并及时清理干净。
3.3测量O2值偏高
原因1：探头安装法兰漏气。紧固探头法兰、接头，或更换密封垫。
原因2：系统泵前负压部分漏气：先关闭手动阀1V1，使系统处于内控试漏，再充气1分钟，然后关掉气源阀2V2，在各接头及焊接处涂抹皂液确认漏点并排除泄漏。
3.4 仪表内部进水
紧急处理措施：立即将仪表拆下，马上用N2吹。先把仪表内部管道水汽吹干，保护仪表，然后再找原因和采取处理方法。
3.5 KLCG11-A电子除湿器致冷效果差；主要表现为KLCG11-A的显示温度高
处理方法：更换KLCG11-A。
3.6经过KLCG11-A的总流量大
判断及处理方法：在保证分析流量的情况下，调节V4，V7及KLCG11-A下V5，减小经过KLCG11-A的流量，将多余的流量均通过手动阀V4，V7的旁路管道排出。使流量满足1.2～1.5L/min。
3.7 KLTL309膜式过滤器堵塞失灵
判断及处理方法：检查膜式过滤器滤芯是否潮湿，若已潮湿而没有报警，需要更换膜式过滤器滤芯；若没有潮湿，则不是该问题。当通过膜式过滤器观察窗看到以下情况时需要及时更换膜式过滤器滤芯：①：滤芯变脏，②：滤芯发黄，③：滤芯变湿。
3.8 除湿器下端排水不畅
判断及处理方法：液位报警器报警，说明排水不畅，拔开针阀V5的出水管观察有没有水流出，如果有，则需要调整针阀V5，加大排水量，系统就可以恢复正常；如果无，则可能是针阀堵塞，处理针阀堵塞问题，系统可以恢复正常。
3.9 探头堵塞的原因及处理方法
原因1：反吹气源压力低
处理方法：提高反吹压力，反吹压力应保证0.4～0.7MPa，若压力不够，则需加储气罐或加压泵。
原因2：探头加热器坏
处理方法：若检查发现确实是探头加热器坏，需更换加热器。
4.结束语
在线气体分析仪是用来分析气体混合物中CO、O2浓度的仪表，在冶金行业中使用领域很广，用量也较多，尤其在高炉制粉系统中，是高炉制粉系统中一个重要的、必不可少的安全环保设备。在线气体分析仪自2002年在我高炉制粉系统投用以来，设备运行稳定、可靠，检测精度高。在日常維护中，除了更换过硫过滤器、抽气泵和薄壁过滤器堵塞的故障以外，分析仪整体运行可靠，检测数据准确；为我公司制粉系统的安全运行提供了可靠的保障。
【参考文献】
[1]南京智达分析仪器有限公司产品使用说明书.
[2]南京科朗自动化科技有限公司高炉喷煤分析系统使用手册.
[3]刘美俊.西门子PLC编程及应用.北京：机械工业出版社，2011，7.