CN101709345A - 高炉软水密闭循环冷却系统安全控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高炉软水密闭循环冷却系统安全控制策略，它包括软水补水安全控制策略，使得膨胀罐液位保持在正常水位；供水泵组安全控制策略，使得主供水泵组和增压泵组在事故状态下能维持高炉软水密闭循环冷却系统的软水供应。本发明紧密结合工艺实际，以故障实际数据分析确定控制策略输出，能实现软水密闭循环系统的事故紧急处理和安全控制。

Description

高炉软水密闭循环冷却系统安全控制策略

技术领域

本发明涉及高炉冷却系统，特别是涉及一种高炉软水密闭循环冷却系统。

背景技术

高炉软水密闭循环冷却系统是高炉冶炼系统的重要组成部分，它承担着为高炉炉体进行冷却的关键任务，与高炉一代炉龄长寿与否密切相关。冷却系统一旦出现问题，而又不能合理处理或及早发现，将严重威胁高炉生产，造成巨大的经济损失。因此，高炉软水密闭循环冷却系统的安全控制策略的研究与应用迫在眉睫。

目前软水密闭循环冷却系统及其控制策略存在以下几类的问题：膨胀罐液位控制策略与检测数据处理过于简单，易造成特殊情况下的设备误动作或不动作，影响整个软水系统顺行；软水密闭循环系统中重要气动阀的控制时序不合理，难以发挥软水系统处理事故的应急能力；泵组和泵的故障处理策略过于简单化，缺乏理论分析和实验数据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种高炉软水密闭循环冷却系统安全控制策略，本发明能实现软水密闭循环系统的事故紧急处理和安全控制。

本发明所采用的技术方案是：高炉软水密闭循环冷却系统包括软水补水安全控制策略，使得膨胀罐液位保持在正常水位；供水泵组安全控制策略，使得主供水泵组和增压泵组在事故状态下能维持高炉软水密闭循环冷却系统的软水供应。

软水补水安全控制策略包括以下几点：

(11)将膨胀罐水位按照从高到低分为5档：高高、高、低、低低和低低低，设定正常水位为高档和低档之间；

(12)检测软水池的水位，当其水位为低低档或低低低档时，则停止软水补水泵组的运行，否则进入下一步；并且当接收到软水池低低档的信号5s，且其变化率在正常的区间内时，才认定低低档的信号有效；

(13)检测膨胀罐的水位，确定高炉软水密闭循环冷却系统的运行状态，当所述冷却系统正常运行时，损耗补水；当所述冷却系统漏水时，紧急补水；在膨胀罐传感器信号故障时，预估补水；当软水补水泵组中有水泵出现问题时，启用备用设备补水；当膨胀罐的水位为高高档时，氮气阀关闭，溢流阀开启；膨胀罐的水位非高高档时，氮气阀开启，溢流阀关闭；在处理时，当软水补水泵组有水泵运行5秒之后，再开启软水供水泵组出口气动阀，在停止最后一台运行泵前，先关闭软水供水泵组出口气动阀再停泵。

供水泵组安全控制策略包括以下几点：

(21)将主供水泵组的四台电动水泵使用2台，另2台备用，外加一台柴油机泵作为备用；高压供水泵组的三台电动水泵使用1台，另2台备用；中压供水泵组的两台电动水泵使用1台，另1台备用；正常状态下，中、高压供水泵组各有一台水泵处于运行状态，主供水泵组有2台电动水泵在运行；事故状态下，若中高压供水泵组出现故障就进入(22)，若主供水泵组出现故障就进入(23)；

(22)中高压泵组互相备用：

若中压供水泵组的运行泵出现故障，且其备用泵也出现故障，高压供水泵组的第一备用泵会自动启动，同时，中高压泵组联通气动阀打开；当中压供水泵组有一台泵恢复正常且运行后，高压供水泵组会停止运行一台备用泵，中高压泵组联通气动阀关闭；

若高压供水泵组的运行泵故障，且两台备用泵均无法正常启动时，中压供水泵组的备用泵自动启动，同时，中高压泵组联通气动阀打开；当高压供水泵组有一台泵恢复正常且运行后，中压供水泵组会停止运行一台备用泵，中高压泵组联通气动阀关闭；

若高压供水泵组的运行泵故障，且两台备用泵均无法正常启动，中压供水泵组的备用泵自动启动失败情况下，中高压泵组联通气动阀打开；当高压供水泵组有一台泵恢复正常且运行后，中高压泵组联通气动阀关闭；

高压供水泵组的水泵均无法运行时，无论中压供水泵组有几台泵在运行，都关闭事故限流气动阀，当本高炉软水密闭循环冷却系统所有泵组的运行情况恢复正常后，事故限流气动阀重新打开；

(23)主供水泵组出现故障：当主供水泵组只有一台电动水泵或电动水泵都不能运行时，柴油机泵启动；若所有水泵无法启动时，则打开主供水泵旁通气动阀，保证水路回流；当其中任何一台水泵恢复运行，则关闭主供水泵旁通气动阀。

本发明的优点：本发明紧密结合工艺实际，以故障实际数据分析确定控制策略输出，能实现软水密闭循环系统的事故紧急处理和安全控制。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图中，软水补水泵组：水泵P0-1、P0-2、P0-3；主供水泵组：水泵P3-1、P3-2、P3-3、P3-4、P3-5、P3-6；高压供水泵组：水泵P1-1、P1-2、P1-3；中压供水泵组：水泵P2-1、P2-2；冷却设备：冷却壁直管、蛇形管、炉底冷却管；风口管阀：风口小套、风口中套、直吹管、热风阀、排出阀；V1：中高压泵组联通气动阀；V2：事故限流气动阀；V3：主供水泵旁通气动阀；V4：软水供水泵组出口气动阀；V5：膨胀罐气动阀；V6：膨胀罐溢流阀；V7：气化冷却气动阀；V8：膨胀罐排水阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

如图1所示，高炉软水密闭循环冷却系统，包括冷却设备、膨胀罐、热交换器、主供水泵组、增压泵组、风口管阀、脱气罐和软水补水泵组；软水由主供水泵组送至冷却设备，再分成两路，一路直接送至脱气罐前，另一路通过增压泵组和风口管阀，两路汇合后送至脱气罐脱气，然后进入膨胀罐加压、检漏，最后进入热交换器降温，降温后的软水送至主供水泵组重新循环使用，软水补水泵组的输出接至主供水泵组。其中，膨胀罐的液位控制软水补水泵组的补水，膨胀罐的压力控制本发明软水冷却系统的压力。

软水补水泵组包括并联的两台电动水泵和一台柴油机泵，即水泵P0-1、P0-2、P0-3。软水补水泵组通过软水供水泵组出口气动阀V4接至主供水泵组，软水供水泵组和外网之间还接有软水制备系统和软水池。本发明的冷却系统中还接有加药装置。

主供水泵组包括并联的四台电动水泵和一台柴油机泵，即水泵P3-1、P3-2、P3-3、P3-4、P3-5、P3-6。主供水泵组还接有主供水泵旁通气动阀V3。

冷却设备包括蛇形管、炉底冷却管和冷却壁直管，蛇形管和炉底冷却管串联后再和冷却壁直管并联。蛇形管又分为炉身中部蛇形冷却管系统个炉缸蛇形冷却管系统。

增压泵组包括并联的高压供水泵组和中压供水泵组。高压供水泵组包括并联的三台电动水泵，即水泵P1-1、P1-2、P1-3。中压供水泵组包括并联的两台电动水泵，即水泵P2-1、P2-2。高压供水泵组和中压供水泵组的输出端之间还接有中高压泵组联通气动阀V1。

风口管阀包括风口小套、风口中套、直吹管、热风阀和排出阀，高压供水泵组和脱气罐之间接有风口小套，中压供水泵组和脱气罐之间接有并联的风口中套、直吹管、热风阀和排出阀，风口小套的输入端还和软水补水泵组的输出端相连，脱气罐之前的冷却设备的旁路还接有事故限流气动阀V2。

冷却设备输出端和增压泵组输入端的连接点上还接有气化冷却气动阀V7，在软水系统所有泵组(含柴油机泵)故障时，开启气动阀V7进行极端情况下的气化冷却，膨胀罐上接有膨胀罐氮气阀V5和输出端相连的膨胀罐溢流阀V6、膨胀罐排水阀V8。

高炉软水密闭循环冷却系统的安全控制策略包括：软水补水安全控制策略，使得膨胀罐液位保持在正常水位；供水泵组安全控制策略，使得主供水泵组和增压泵组在事故状态下能维持高炉软水密闭循环冷却系统的软水供应。

参与软水补水安全控制的设备和传感器信号有：软水供水泵组，软水供水泵组出口气动阀V4，膨胀罐氮气阀V5，膨胀罐溢流阀V6，膨胀罐的液位信号，软水池的液位信号。

其中，软水补水安全控制策略包括以下几点：

(11)将膨胀罐和软水池的水位按照从高到低分为5档：高高、高、低、低低和低低低，设定正常水位为高档和低档之间，如将高档设定为3.86m，低档设定为2.64m。

(12)检测软水池的水位，当其水位为低低档或低低低档时，为防止空气进入软水系统，须停止软水补水泵组的运行，否则进入下一步。为保证软水池液位的低低档信号准确性，防止误停泵，所以当接收到低低档的信号5s，且其变化率在正常的区间内时，才认定低低档的信号有效。

(13)检测膨胀罐的水位，确定高炉软水密闭循环冷却系统的运行状态，当所述冷却系统正常运行时，损耗补水；当所述冷却系统漏水时，紧急补水；在膨胀罐传感器信号故障时，预估补水；当软水补水泵组中有水泵出现问题时，启用备用设备补水。当膨胀罐的水位为高高档时，氮气阀V5关闭，溢流阀V6开启；膨胀罐的水位非高高档时，氮气阀V5开启，溢流阀V6关闭。软水供水泵组出口气动阀V4与软水供水泵组连锁，在此步处理时，当软水补水泵组有水泵运行5秒之后，再开启软水供水泵组出口气动阀V4，在停止最后一台运行泵前，先关闭软水供水泵组出口气动阀V4再停泵。

上述的软水补水安全控制策略中的第(13)点具体包括以下几点：

(131)检测膨胀罐的水位，确定高炉软水密闭循环冷却系统的运行状态；若为正常运行，进入(132)；若系统有渗漏，进入(133)；若膨胀罐传感器信号出现故障时，进入(134)；若进行前三种处理情况时出现水泵问题，进入(135)。

(132)损耗补水：当全厂供电正常的情况下，所述冷却系统正常运行，随着系统损耗，膨胀罐水位下降至低档，启动软水补水泵组中的一台电动水泵补水进行损耗补水，水位升至高档时停水泵。

(133)紧急补水：若膨胀罐水位下降至低低档，说明系统有渗漏，除了启动一台电动水泵外，再增加一台电动水泵紧急补水，当水位升至低档时停一台电动水泵，当水位升至高档时停所有水泵；若膨胀罐水位下降至低低低档，启动柴油机泵，当水位升至低低档时，停柴油机泵，然后按照前述方法进行处理。

(134)预估补水：软水系统补水主要依据是膨胀罐液位，膨胀罐音叉开关安在高炉本体，传感器信号不准确以及通信故障的问题时有发生，因此，对膨胀罐液位信号不准确的情况下，实现预估补水。

首先将膨胀罐液位档信号区分为以下三种情况进行处理：

第一：膨胀罐液位档五个传感器开关本身存在逻辑关系，高信号有，则低信号必然没有；高高信号有，则高信号有；低低低信号有，则低低、低信号有；低低信号有，则低信号有；

第二：对于高信号、低信号，对其变化规律进行在线学习和记录；

第三：判断高高信号是否频繁出现，且跳变；

然后进行具体处理，当不满足第一种情况或第三步得到肯定判断时，给出膨胀罐液位传感器开关故障报警指示，同时进入按时间预估补水控制模式。本系统正常运转时为24小时补水5.5吨(该值是不断在线学习的)。预估补水开始时，首先记录此时距离上一次补水结束的时间，并计算出下一次补水的时间，在预估补水模式下，实现按时间补充一定的水，在此期间，如果液位开关恢复正常，则切换至按传感器信号补水模式。

(135)备用设备补水：若膨胀罐水位下降至低低档且软水补水泵组中的电动水泵均有故障，启动柴油机泵，液位升至高档后停止柴油机泵；在全场停电时，将软水补水泵组中的柴油机泵启动，且其软水供水泵组出口气动阀V4关闭，软水柴油机泵脱离与液位的连锁，一直给风口小套供水，以保证在这种重大事故发生时，保持对小套的冷却效果。

供水泵组包括：主供水泵组，高压供水泵组，中压供水泵组，中高压泵组连通气动阀V1，事故限流气动阀V2，主共水泵旁通气动阀V3。供水泵组安全控制策略包括以下几点：

(21)将主供水泵组的四台电动水泵使用2台，另2台备用，外加一台柴油机泵作为备用。高压供水泵组的三台电动水泵使用1台，另2台备用。中压供水泵组的两台电动水泵使用1台，另1台备用。正常状态下，中、高压供水泵组各有一台水泵处于运行状态，主供水泵组有2台电动水泵在运行。事故状态下，若中高压供水泵组出现故障就进入(22)，若主供水泵组出现故障就进入(23)。

(22)中高压泵组互相备用：

若中压供水泵组的运行泵出现故障，且其备用泵也出现故障，高压供水泵组的第一备用泵会自动启动，同时，中高压泵组联通气动阀V1打开。当中压供水泵组有一台泵恢复正常且运行后，高压供水泵组会停止运行一台备用泵，中高压泵组联通气动阀V1关闭。

若高压供水泵组的运行泵故障，且两台备用泵均无法正常启动时，中压供水泵组的备用泵自动启动，同时，中高压泵组联通气动阀V1打开。当高压供水泵组有一台泵恢复正常且运行后，中压供水泵组会停止运行一台备用泵，中高压泵组联通气动阀V1关闭。

若高压供水泵组的运行泵故障，且两台备用泵均无法正常启动，中压供水泵组的备用泵自动启动失败情况下，中高压泵组联通气动阀V1打开。当高压供水泵组有一台泵恢复正常且运行后，中高压泵组联通气动阀V1关闭。

在很多种事故状态下，事故限流气动阀V2关闭，可以保证系统更好的为用户供水。中压供水泵组水泵出口压力小于高压供水泵组水泵出口压力，高压供水泵组的水泵均无法运行时，无论中压供水泵组有几台泵在运行，都关闭事故限流气动阀V2，可以最大限度保证风口小套和风口中套的用水量。当本高炉软水密闭循环冷却系统所有泵组的运行情况恢复正常后，事故限流气动阀V2重新打开。

(23)主供水泵组出现故障：当主供水泵组只有一台电动水泵或电动水泵都不能运行时，柴油机泵启动；若所有水泵(含柴油机泵)无法启动时，则打开主供水泵旁通气动阀V3，保证水路回流；当其中任何一台水泵恢复运行，则关闭主供水泵旁通气动阀V3，以保证泵组出口压力和流量比较大。

综上，安全控制策略可以准确及时有效应对可能发生的各种生产事故，同时，在事故状态下，给出事故报警提示和说明。

Claims (4)

1.高炉软水密闭循环冷却系统的安全控制策略，其特征在于包括：

软水补水安全控制策略，使得膨胀罐液位保持在正常水位；

供水泵组安全控制策略，使得主供水泵组和增压泵组在事故状态下能维持高炉软水密闭循环冷却系统的软水供应。

2.根据权利要求1所述的安全控制策略，其特征在于软水补水安全控制策略包括以下几点：

(11)将膨胀罐水位按照从高到低分为5档：高高、高、低、低低和低低低，设定正常水位为高档和低档之间；

(12)检测软水池的水位，当其水位为低低档或低低低档时，则停止软水补水泵组的运行，否则进入下一步；并且当接收到软水池低低档的信号5s，且其变化率在正常的区间内时，才认定低低档的信号有效；

(13)检测膨胀罐的水位，确定高炉软水密闭循环冷却系统的运行状态，当所述冷却系统正常运行时，损耗补水；当所述冷却系统漏水时，紧急补水；在膨胀罐传感器信号故障时，预估补水；当软水补水泵组中有水泵出现问题时，启用备用设备补水；当膨胀罐的水位为高高档时，氮气阀关闭，溢流阀开启；膨胀罐的水位非高高档时，氮气阀开启，溢流阀关闭；在处理时，当软水补水泵组有水泵运行5秒之后，再开启软水供水泵组出口气动阀，在停止最后一台运行泵前，先关闭软水供水泵组出口气动阀再停泵。

3.根据权利要求2所述的安全控制策略，其特征在于所述第(13)点具体包括以下几点：

(131)检测膨胀罐的水位，确定高炉软水密闭循环冷却系统的运行状态；若为正常运行，进入(132)；若系统有渗漏，进入(133)；若膨胀罐传感器信号出现故障时，进入(134)；若进行前三种处理情况时出现水泵问题，进入(135)；

(132)损耗补水：当所述冷却系统正常运行时，随着系统损耗，膨胀罐水位下降至低档，启动软水补水泵组中的一台电动水泵补水进行损耗补水，水位升至高档时停水泵；

(133)紧急补水：若膨胀罐水位下降至低低档，说明系统有渗漏，除了启动一台电动水泵外，再增加一台电动水泵紧急补水，当水位升至低档时停一台电动水泵，当水位升至高档时停所有水泵；若膨胀罐水位下降至低低低档，启动柴油机泵，当水位升至低低档时，停柴油机泵，然后按照前述方法进行处理；

(134)预估补水：

首先将膨胀罐液位档信号区分为以下三种情况进行处理：

第一：膨胀罐液位档五个传感器开关本身存在逻辑关系，高信号有，则低信号必然没有；高高信号有，则高信号有；低低低信号有，则低低、低信号有；低低信号有，则低信号有；

第二：对于高信号、低信号，对其变化规律进行在线学习和记录；

第三：判断高高信号是否频繁出现，且跳变；

然后进行具体处理，当不满足第一种情况或第三步得到肯定判断时，给出膨胀罐液位传感器开关故障报警指示，同时进入按时间预估补水控制模式，预估补水开始时，首先记录此时距离上一次补水结束的时间，并计算出下一次补水的时间，在预估补水模式下，实现按时间补充一定的水，在此期间，如果液位开关恢复正常，则切换至按传感器信号补水模式；

(135)备用设备补水：若膨胀罐水位下降至低低档且软水补水泵组中的电动水泵均有故障，启动柴油机泵，液位升至高档后停止柴油机泵；在全场停电时，将软水补水泵组中的柴油机泵启动，且其软水供水泵组出口气动阀关闭，软水柴油机泵脱离与液位的连锁，一直给风口小套供水，以保持对小套的冷却效果。

4.根据权利要求1所述的安全控制策略，其特征在于供水泵组安全控制策略包括以下几点：

(21)将主供水泵组的四台电动水泵使用2台，另2台备用，外加一台柴油机泵作为备用；高压供水泵组的三台电动水泵使用1台，另2台备用；中压供水泵组的两台电动水泵使用1台，另1台备用；正常状态下，中、高压供水泵组各有一台水泵处于运行状态，主供水泵组有2台电动水泵在运行；事故状态下，若中高压供水泵组出现故障就进入(22)，若主供水泵组出现故障就进入(23)；

(22)中高压泵组互相备用：

若中压供水泵组的运行泵出现故障，且其备用泵也出现故障，高压供水泵组的第一备用泵会自动启动，同时，中高压泵组联通气动阀打开；当中压供水泵组有一台泵恢复正常且运行后，高压供水泵组会停止运行一台备用泵，中高压泵组联通气动阀关闭；

若高压供水泵组的运行泵故障，且两台备用泵均无法正常启动时，中压供水泵组的备用泵自动启动，同时，中高压泵组联通气动阀打开；当高压供水泵组有一台泵恢复正常且运行后，中压供水泵组会停止运行一台备用泵，中高压泵组联通气动阀关闭；

若高压供水泵组的运行泵故障，且两台备用泵均无法正常启动，中压供水泵组的备用泵自动启动失败情况下，中高压泵组联通气动阀打开；当高压供水泵组有一台泵恢复正常且运行后，中高压泵组联通气动阀关闭；

高压供水泵组的水泵均无法运行时，无论中压供水泵组有几台泵在运行，都关闭事故限流气动阀，当本高炉软水密闭循环冷却系统所有泵组的运行情况恢复正常后，事故限流气动阀重新打开；

(23)主供水泵组出现故障：当主供水泵组只有一台电动水泵或电动水泵都不能运行时，柴油机泵启动；若所有水泵无法启动时，则打开主供水泵旁通气动阀，保证水路回流；当其中任何一台水泵恢复运行，则关闭主供水泵旁通气动阀。

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