CN112964832A - 一种压力容器煤气取样分析系统与控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压力容器煤气取样分析系统与控制方法，属于仪表检测技术领域。本发明的技术方案是：采样控制装置安装在压力容器上，采样控制装置包含取样控制组件、反吹控制组件、加热升温控制组件和数据检测组件，数据检测组件的输出端通过系统数据I/O接口与PLC或DCS工控系统平台的输入端连接，PLC或DCS工控系统平台的输出端通过系统数据I/O接口分别与取样控制组件、反吹控制组件和加热升温控制组件连接。本发明的有益效果是：通过系统硬件特性和控制方法，可以消除大部分介质高压和含水对普通煤气传感器的不良影响，保障煤气传感器能够长期稳定运行；具有检测控制结构简单，成本低，检测分析方法简易准确，稳定可靠、易维护等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种压力容器煤气取样分析系统与控制方法，属于仪表检测技术领域。
背景技术
高炉冷却壁泄漏是炉役中、后期影响炉况稳定和生产安全的主要因素之一。冷却壁泄漏时，冷却水进入高炉内部，会从燃料消耗、炉况顺行、生产安全和高炉寿命四各方面造成严重后果。而炉顶膨胀罐内气体是否含有煤气是判断高炉冷却壁泄漏的一个可靠且能够迅速反馈的手段。
高炉膨胀罐是一个下水上气的压力容器，起到调节高炉循环冷却水量和调整压力的作用。生产过程中内部压力一般保持在一定压力范围内，气体含水量大，受限于一氧化碳传感器技术，市面上并没有能够耐压且防水的煤气检测仪表。
目前对于膨胀罐内是否含有煤气的检测只有依靠人工巡检。检测过程耗时长、操作繁琐、劳动强度大且存在作业风险。还存在检测频度低，滞后时间长等弊端，只能作为临时抽检，不能满足实际安全生产监控需求。
发明内容
本发明目的是提供一种压力容器煤气取样分析系统与控制方法，通过系统硬件特性和控制方法，可以消除大部分介质高压和含水对普通煤气传感器的不良影响，保障煤气传感器能够长期稳定运行；具有检测控制结构简单，成本低，检测分析方法简易准确，稳定可靠、易维护等特点，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种压力容器煤气取样分析系统，包含压力容器、采样控制装置、系统数据I/O接口和PLC或DCS工控系统平台，所述采样控制装置安装在压力容器上，采样控制装置包含取样控制组件、反吹控制组件、加热升温控制组件和数据检测组件，数据检测组件的输出端通过系统数据I/O接口与PLC或DCS工控系统平台的输入端连接，PLC或DCS工控系统平台的输出端通过系统数据I/O接口分别与取样控制组件、反吹控制组件和加热升温控制组件连接；PLC或DCS工控系统平台包含数据显示模块、数据采集分析模块、数据报警模块和数据记录模块。
所述取样控制组件包含取气截止球阀、取气电磁阀、取样和吹扫管路和分析气室，分析气室为圆柱型，压力容器通过取气截止球阀、取气电磁阀和取样和吹扫管路与分析气室的顶部一侧连通；分析气室底部为气室底部法兰，气室底部法兰为可拆卸结构，气室底部法兰下方设有排污管路、手动排污球阀和排污电磁阀。
所述反吹控制组件模块包含反吹电磁阀、放散电磁阀和放散管路，反吹电磁阀设置在取样和吹扫管路的顶部；放散电磁阀设置在分析气室的中下部，放散管路通过放散电磁阀与分析气室连通，放散管路的内径大于取样和吹扫管路的内径。
所述加热升温控制组件包含加热器，加热器设置在分析气室的内部。
所述数据检测组件包含煤气传感器、气室压力传感器、气室温度传感器和压力容器压力传感器，煤气传感器安置在分析气室顶部另一侧，在分析气室内部取样和吹扫管路与煤气传感器之间设有防喷溅隔板；气室压力传感器设置在分析气室的侧面上部，气室温度传感器设置在分析气室的侧面中上部；压力容器压力传感器设置在取气截止球阀的上部，通过取气截止球阀与压力容器的顶部连通。
一种压力容器煤气取样分析控制方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤1：系统开始运行后，首先判断分析气室温度是否在设定范围，温度不在设定范围内时，系统报警；分析气室温度异常，并中断控制程序，采样检测程序不能启动；如高于设定温度范围，系统控制进行反吹冷却；如低于设定温度则控制接通加热器，直至温度到达设定范围；
步骤2：系统判断压力容器内压力是否在设定范围，如不在范围内系统报警；压力容器压力异常，并中断控制程序，采样检测程序不能启动；
步骤3：系统判断分析气室压力是否高于设定值，如高于设定值，系统报警：分析气室压力高，并中断控制程序，采样检测程序不能启动，系统控制放散电磁阀打开T1S后关闭；
步骤4：系统进行初始状态检测，判断各报警和阀门状态，如有异常，系统报警：仪表或阀门异常，待在上位机画面对报警进行确认后，系统控制各阀门关闭，恢复初始状态；
步骤5：系统判断是否到达检测周期，到达检测周期后开始顺序控制：打开放散电磁阀，延时T2S后打开反吹电磁阀，并持续吹扫T3S，置换分析气室内气体，吹扫时间根据分析气室容积和试验得出；
步骤6：置换完成后，系统判断煤气传感器数值是否在零点限值内，如不在范围，系统报警：煤气传感器故障并停止采样分析程序，直至煤气传感器修复或系统重置；如煤气传感器数值在零点限制内，系统延迟T4S后关闭反吹电磁阀；
步骤7：系统进入取样检测阶段，取气电磁阀打开，并延时T5S，取样时间根据分析气室容积测算和试验结果进行设置，原则上在保证检测准确度等情况下，取样时间尽可能短，以减少压力容器的压力损失；
步骤8：取样后半段煤气传感器数值稳定后，系统判断煤气含量是否高于设定值，如高于设定值，报警：压力容器内发现煤气，同时判断检测周期是否低于最小检测周期T6min，如低于或等于T6min，程序保持检测周期为T6min；如高于最小检测周期T6min程序减少现有检测周期T7min；
步骤9：如煤气含量不高于设定值，系统判断检测周期是否高于最大检测周期T8min，如不高于T8min程序增加现有检测周期T9min；如高于或等于T8min程序保持检测周期为T8min；
步骤10：完成取样分析后延时T10S，程序关闭取样电磁阀，打开反吹电磁阀进行T3S的反吹；随后先关闭反吹电磁阀，再关闭放散电磁阀；
步骤11：系统再次对煤气传感器零点比对，系统判断煤气传感器数值是否在零点限值内，如不在范围，系统报警：煤气传感器故障并停止采样分析程序，直至煤气传感器修复或系统重置；如煤气含量在零点限值内，系统结束本次采样控制流程。
本发明的有益效果是：通过多元非线性回归模型的建立，自动计算平整轧制力设定值，解决以往凭操作工经验，人工给定轧制力设定值的情况，降低了手工输入轧制力设定参数带来的数据误差，提高工艺参数设定的准确性和参数计算规范性，提高工艺自动化控制水平和产品质量，提高了平整生产的工作效率。
附图说明
图1是本发明的系统框图；
图2是本发明采样控制装置结构图；
图3是图2的A-A方向剖视图；
图4是图2的B-B方向剖视图；
图5是本发明的检测逻辑图；
图6是本发明实施例的检测控制时序图；
图中：压力容器11、采样控制装置12、取样控制组件13、反吹控制组件14、加热升温控制组件15、数据检测组件16、系统数据I/O接口17、PLC或DCS工控系统平台18、数据显示模块19、数据采集分析模块110、数据报警模块111、数据记录模块112、分析气室22、防喷溅隔板23、取样和吹扫管路24、排污管路25、气室底部法兰26、煤气传感器27、气室压力传感器28、气室温度传感器29、加热器210、压力容器压力传感器211、取气电磁阀212、反吹电磁阀213、放散电磁阀214、排污电磁阀215、取气截止球阀216、手动排污球阀217、放散管路 218。
具体实施方式
为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。
一种压力容器煤气取样分析系统，包含压力容器11、采样控制装置12、系统数据I/O接口17和PLC或DCS工控系统平台18，所述采样控制装置12安装在压力容器11上，采样控制装置12包含取样控制组件13、反吹控制组件14、加热升温控制组件15和数据检测组件16，数据检测组件16的输出端通过系统数据I/O接口17与PLC或DCS工控系统平台18的输入端连接，PLC或DCS工控系统平台18的输出端通过系统数据I/O接口17分别与取样控制组件13、反吹控制组件 14和加热升温控制组件15连接；PLC或DCS工控系统平台18包含数据显示模块19、数据采集分析模块110、数据报警模块111和数据记录模块112。
所述取样控制组件13包含取气截止球阀216、取气电磁阀212、取样和吹扫管路24和分析气室22，分析气室22为圆柱型，压力容器11通过取气截止球阀216、取气电磁阀212和取样和吹扫管路24与分析气室22的顶部一侧连通；分析气室22底部为气室底部法兰26，气室底部法兰26为可拆卸结构，气室底部法兰26下方设有排污管路25、手动排污球阀217和排污电磁阀215。
所述反吹控制组件模块14包含反吹电磁阀213、放散电磁阀214和放散管路 218，反吹电磁阀213设置在取样和吹扫管路24的顶部；放散电磁阀214设置在分析气室22的中下部，放散管路218通过放散电磁阀214与分析气室22连通，放散管路218的内径大于取样和吹扫管路24的内径。
所述加热升温控制组件15包含加热器210，加热器210设置在分析气室22的内部。
所述数据检测组件16包含煤气传感器27、气室压力传感器28、气室温度传感器29和压力容器压力传感器211，煤气传感器27安置在分析气室22顶部另一侧，在分析气室22内部取样和吹扫管路24与煤气传感器27之间设有防喷溅隔板23；气室压力传感器28设置在分析气室22的侧面上部，气室温度传感器29设置在分析气室22的侧面中上部；压力容器压力传感器211设置在取气截止球阀216的上部，通过取气截止球阀216与压力容器11的顶部连通。
一种压力容器煤气取样分析控制方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤1：系统开始运行后，首先判断分析气室温度是否在设定范围，温度不在设定范围内时，系统报警：分析气室温度异常，并中断控制程序，采样检测程序不能启动；如高于设定温度范围，系统控制进行反吹冷却；如低于设定温度则控制接通加热器，直至温度到达设定范围；
步骤2：系统判断压力容器内压力是否在设定范围，如不在范围内系统报警：压力容器压力异常，并中断控制程序，采样检测程序不能启动；
步骤3：系统判断分析气室压力是否高于设定值，如高于设定值，系统报警：分析气室压力高，并中断控制程序，采样检测程序不能启动，系统控制放散电磁阀打开T1S后关闭；
步骤4：系统进行初始状态检测，判断各报警和阀门状态，如有异常，系统报警：仪表或阀门异常，待在上位机画面对报警进行确认后，系统控制各阀门关闭，恢复初始状态；
步骤5：系统判断是否到达检测周期，到达检测周期后开始顺序控制：打开放散电磁阀，延时T2S后打开反吹电磁阀，并持续吹扫T3S，置换分析气室内气体，吹扫时间根据分析气室容积和试验得出；
步骤6：置换完成后，系统判断煤气传感器数值是否在零点限值内，如不在范围，系统报警：煤气传感器故障并停止采样分析程序，直至煤气传感器修复或系统重置；如煤气传感器数值在零点限制内，系统延迟T4S后关闭反吹电磁阀；
步骤7：系统进入取样检测阶段，取气电磁阀打开，并延时T5S，取样时间根据分析气室容积测算和试验结果进行设置，原则上在保证检测准确度等情况下，取样时间尽可能短，以减少压力容器的压力损失；
步骤8：取样后半段煤气传感器数值稳定后，系统判断煤气含量是否高于设定值，如高于设定值，报警：压力容器内发现煤气，同时判断检测周期是否低于最小检测周期T6min，如低于或等于T6min，程序保持检测周期为T6min；如高于最小检测周期T6min程序减少现有检测周期T7min；
步骤9：如煤气含量不高于设定值，系统判断检测周期是否高于最大检测周期T8min，如不高于T8min程序增加现有检测周期T9min；如高于或等于T8min程序保持检测周期为T8min；
步骤10：完成取样分析后延时T10S，程序关闭取样电磁阀，打开反吹电磁阀进行T3S的反吹；随后先关闭反吹电磁阀，再关闭放散电磁阀；
步骤11：系统再次对煤气传感器零点比对，系统判断煤气传感器数值是否在零点限值内，如不在范围，系统报警：煤气传感器故障并停止采样分析程序，直至煤气传感器修复或系统重置；如煤气含量在零点限值内，系统结束本次采样控制流程。
在实际应用中，采样控制装置12如图2所示安装在压力容器11上。通过取样控制组件12、反吹控制组件模块14、加热升温控制组件15和数据检测组件16实现自动取样、反吹、升温、零点比对和安全保护功能。
分析气室22为圆柱型，样气经取气截止球阀216、取气电磁阀212、取样和吹扫管路24在顶部一侧进入分析气室22，煤气传感器27安置在顶部另一侧，之间设有防喷溅隔板23，避免样气带入的水、尘污染煤气传感器。取样气体流量靠取气截止球阀216开度控制。分析气室22底部为可拆卸的气室底部法兰26，方便安装内部管路和定期清理气室。气室底部法兰26上有排污管路25、手动排污球阀217和排污电磁阀215。管路裸露部分保温伴热，防止冬季冻堵。
反吹控制组件14包含如图2的反吹电磁阀213、放散电磁阀214和放散管路 218。反吹气源使用洁净、干燥的压缩空气或氮气。放散管路218内径大于取样和吹扫管路24。反吹时，通过设在分析气室22中下部的放散电磁阀214，放散管路 218将可能含有煤气的样气排放到高空。
通过气室压力传感器28、气室温度传感器29、压力容器压力传感器211采集数据，由PLC或DCS工控系统平台判断状态。当状态异常时中断取样控制流程，分析气室22压力过高时打开放散电磁阀214释放压力；保持分析气室22温度在一定范围内，过低时接通加热器210，防止冬季气室内结冰或冷凝水量过大；温度过高时开启吹扫程序反吹降温，保护煤气传感器27，同时监控采样控制装置12运行状态和报警。
煤气传感器27、气室压力传感器28、气室温度传感器29和压力容器压力传感器211均安装在分析气室或压力容器较高位置，避免与冷凝水接触。各传感器通过电气连接至系统数据I/O接口17，进行温度、压力、煤气含量等数据检测和传输。
控制系统程序运行在PLC或DCS等工控系统平台18中，包含数据显示模块 19、数据分析模块110、数据报警模块11和数据记录模块112功能。
本发明实例实际应用于某钢铁公司4#高炉炉顶压力容器，应用于高炉冷却水泄漏自动诊断，实现炉顶压力容器内是否含有煤气及煤气含量的检测判断，系统运行、控制稳定，煤气数据分析及时准确，大大降低了安全生产操作风险，为高炉安全生产和稳定顺行提供了重要的数据支撑和良好的控制效果，取得了较大的经济效益。
Claims (6)
1.一种压力容器煤气取样分析系统，其特征在于：包含压力容器（11）、采样控制装置（12）、系统数据I/O接口（17）和PLC或DCS工控系统平台（18），所述采样控制装置（12）安装在压力容器（11）上，采样控制装置（12）包含取样控制组件（13）、反吹控制组件(14)、加热升温控制组件(15)和数据检测组件(16)，数据检测组件(16)的输出端通过系统数据I/O接口（17）与PLC或DCS工控系统平台（18）的输入端连接，PLC或DCS工控系统平台（18）的输出端通过系统数据I/O接口（17）分别与取样控制组件（13）、反吹控制组件 (14)和加热升温控制组件(15)连接；PLC或DCS工控系统平台（18）包含数据显示模块（19）、数据采集分析模块（110）、数据报警模块（111）和数据记录模块（112）。
2.根据权利要求1所述的一种压力容器煤气取样分析系统，其特征在于：所述取样控制组件（13）包含取气截止球阀（216）、取气电磁阀（212）、取样和吹扫管路（24）和分析气室（22），分析气室（22）为圆柱型，压力容器（11）通过取气截止球阀（216）、取气电磁阀（212）和取样和吹扫管路（24）与分析气室（22）的顶部一侧连通；分析气室（22）底部为气室底部法兰（26），气室底部法兰（26）为可拆卸结构，气室底部法兰（26）下方设有排污管路（25）、手动排污球阀（217）和排污电磁阀（215）。
3.根据权利要求2所述的一种压力容器煤气取样分析系统，其特征在于：所述反吹控制组件模块(14)包含反吹电磁阀（213）、放散电磁阀（214）和放散管路（218），反吹电磁阀（213）设置在取样和吹扫管路（24）的顶部；放散电磁阀（214）设置在分析气室（22）的中下部，放散管路（218）通过放散电磁阀（214）与分析气室（22）连通，放散管路（218）的内径大于取样和吹扫管路（24）的内径。
4.根据权利要求2所述的一种压力容器煤气取样分析系统，其特征在于：所述加热升温控制组件（15）包含加热器（210），加热器（210）设置在分析气室（22）的内部。
5.根据权利要求2所述的一种压力容器煤气取样分析系统，其特征在于：所述数据检测组件(16)包含煤气传感器（27）、气室压力传感器（28）、气室温度传感器（29）和压力容器压力传感器（211），煤气传感器（27）安置在分析气室（22）顶部另一侧，在分析气室（22）内部取样和吹扫管路（24）与煤气传感器（27）之间设有防喷溅隔板（23）；气室压力传感器（28）设置在分析气室（22）的侧面上部，气室温度传感器（29）设置在分析气室（22）的侧面中上部；压力容器压力传感器（211）设置在取气截止球阀（216）的上部，通过取气截止球阀（216）与压力容器（11）的顶部连通。
6.一种压力容器煤气取样分析控制方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤1：系统开始运行后，首先判断分析气室温度是否在设定范围，温度不在设定范围内时，系统报警；分析气室温度异常，并中断控制程序，采样检测程序不能启动；如高于设定温度范围，系统控制进行反吹冷却；如低于设定温度则控制接通加热器，直至温度到达设定范围；
步骤2：系统判断压力容器内压力是否在设定范围，如不在范围内系统报警：压力容器压力异常，并中断控制程序，采样检测程序不能启动；
步骤3：系统判断分析气室压力是否高于设定值，如高于设定值，系统报警：分析气室压力高，并中断控制程序，采样检测程序不能启动，系统控制放散电磁阀打开T1S后关闭；
步骤4：系统进行初始状态检测，判断各报警和阀门状态，如有异常，系统报警；仪表或阀门异常，待在上位机画面对报警进行确认后，系统控制各阀门关闭，恢复初始状态；
步骤5：系统判断是否到达检测周期，到达检测周期后开始顺序控制：打开放散电磁阀，延时T2S后打开反吹电磁阀，并持续吹扫T3S，置换分析气室内气体，吹扫时间根据分析气室容积和试验得出；
步骤6：置换完成后，系统判断煤气传感器数值是否在零点限值内，如不在范围，系统报警：煤气传感器故障并停止采样分析程序，直至煤气传感器修复或系统重置；如煤气传感器数值在零点限制内，系统延迟T4S后关闭反吹电磁阀；
步骤7：系统进入取样检测阶段，取气电磁阀打开，并延时T5S，取样时间根据分析气室容积测算和试验结果进行设置，原则上在保证检测准确度等情况下，取样时间尽可能短，以减少压力容器的压力损失；
步骤8：取样后半段煤气传感器数值稳定后，系统判断煤气含量是否高于设定值，如高于设定值，报警：膨胀罐内发现煤气，同时判断检测周期是否低于最小检测周期T6min，如低于或等于T6min，程序保持检测周期为T6min；如高于最小检测周期T6min程序减少现有检测周期T7min；
步骤9：如煤气含量不高于设定值，系统判断检测周期是否高于最大检测周期T8min，如不高于T8min程序增加现有检测周期T9min；如高于或等于T8min程序保持检测周期为T8min；
步骤10：完成取样分析后延时T10S，程序关闭取样电磁阀，打开反吹电磁阀进行T3S的反吹；随后先关闭反吹电磁阀，再关闭放散电磁阀；
步骤11：系统再次对煤气传感器零点比对，系统判断煤气传感器数值是否在零点限值内，如不在范围，系统报警：煤气传感器故障并停止采样分析程序，直至煤气传感器修复或系统重置；如煤气含量在零点限值内，系统结束本次采样控制流程。
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