CN214142431U - 一种三座转炉煤气柜联合运行系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于冶金行业转炉煤气回收、储存和利用工程技术领域，提出一种三座转炉煤气柜联合运行系统，本运行系统包括基本过程控制系统，由一座二段式活塞转炉煤气主柜、一座二段式活塞转炉煤气副柜和一座一段式活塞转炉煤气柜组成，一段式活塞转炉煤气柜联合在呈直列运行的二段式活塞转炉煤气主柜和二段式活塞转炉煤气副柜基础上，且一段式活塞转炉煤气柜的储气压力设在二段式活塞转炉煤气副柜的一段活塞压力和二段式活塞转炉煤气主柜的二段活塞压力之间。本实用新型能够有效简化三座煤气柜联合运行的压力级别，以方便二座转炉煤气柜甚至单座转炉煤气柜的单独运行控制，并便于为转炉煤气柜配置安全仪表系统。

Description

一种三座转炉煤气柜联合运行系统

技术领域

本实用新型属于冶金行业转炉煤气回收、储存和利用工程技术领域，具体涉及一种三座转炉煤气柜联合运行系统。

背景技术

转炉煤气柜是钢铁企业转炉煤气回收利用必不可少的动力设备,传统上一般采用橡胶膜密封型干式煤气柜(俗称PRC(piston,rubber membrane seal,cylindrical shell)型干式煤气柜、威金斯(wiggins)柜或皮膜柜)。膜密封煤气柜是采用煤气柜中下部用侧板密封煤气，上部用固定于侧板和活塞间的橡胶膜密封煤气的一种干式煤气柜，按活塞密封膜段数可将其活塞分为一段式和二段式活塞，一段式活塞煤气柜(以下简称一段式)储气压力恒定；二段式活塞煤气柜(以下简称二段式)节省钢材但有二级储气压力。膜密封型干式煤气柜具有活塞速度快，适合储存含尘量高的煤气等优点而在转炉煤气储存中得到了广泛应用，但是这种煤气柜由于受橡胶模长度的限制等难以做大柜容，而在柜容不够时又不得不增加煤气柜个数。

转炉煤气是抽风机从转炉抽来的煤气，一般抽风机升压约5kPa，合格煤气送到煤气柜入口压力约3kPa，在转炉煤气柜内混匀后再加压送往用户。目前二座以下转炉煤气柜联合运行已取得成功的经验，尤其是采用二座二段式煤气柜直列运行(主柜供气和出气，副柜通过主柜供气)已取得令人满意的效果。但在现有的二座转炉煤气柜直列运行基础上再增加一座转炉煤气柜以适应生产需要国内外尚无先例。同时，现有的三座转炉煤气柜联合运行模式则是采用煤气柜进口阀开度调节控制活塞高度的方法，其具有进口阀调节频繁、磨损严重而导致检修频繁，一旦检修，将会造成所有转炉煤气不能回收。见《钢铁企业转炉煤气柜集群最优化控制》。而且大中型转炉煤气柜一般为危险化学品重大危险源，随着安全标准的提高，安全仪表系统的设置也是需要同步考虑的问题。因此，有必要设计一种基于二座二段式煤气柜直列运行基础上的三座转炉煤气柜联合运行系统。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种三座转炉煤气柜联合运行系统，旨在解决三座煤气柜联合运行中的压力级别及煤气柜用安全仪表系统的配置问题。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型提供的一种三座转炉煤气柜联合运行系统，包括基本过程控制系统，由一座二段式活塞转炉煤气主柜、一座二段式活塞转炉煤气副柜和一座一段式活塞转炉煤气柜组成，所述的一段式活塞转炉煤气柜联合在呈直列运行的二段式活塞转炉煤气主柜和二段式活塞转炉煤气副柜基础上，且一段式活塞转炉煤气柜的储气压力设在二段式活塞转炉煤气副柜的一段活塞压力和二段式活塞转炉煤气主柜的二段活塞压力之间。

本实用新型的原理是：采用储气压力恒定的一段式活塞转炉煤气柜与直列运行的二段式活塞转炉煤气主柜和二段式活塞转炉煤气副柜并联运行，即一段式活塞转炉煤气柜的煤气进口管和煤气出口管均与现有直列运行的二段式活塞转炉煤气主柜和二段式活塞转炉煤气副柜的配套管路(转炉煤气总管、回流/合成煤气管等)相连接，且设定一段式活塞转炉煤气柜的储气压力P5，二段式活塞转炉煤气主柜的活塞压力为P1～P3，二段式活塞转炉煤气副柜的活塞压力为P2～P4，且P4＞P3＞P2＞P1，并使P5运行在P2与P3之间，且三柜联合运行时，二段式活塞转炉煤气副柜的煤气出口管和煤气回流管也被相应切断装置的水封切断(与二柜直列运行一致),一段式活塞转炉煤气柜的煤气回流管也被相应切断装置的水封切断，其回流功能主要由二段式活塞转炉煤气主柜的煤气回流管实现。同时，三座转炉煤气柜活塞高度或柜容设定为H4＞H3＞H2＞H1＞0.5H(约一半柜容)＞L1＞L2＞L3＞L4＞L5＞L6＞0，新增的一段式活塞转炉煤气柜还单独设置一套生产基本过程控制系统，其柜位与各阀门连锁控制逻辑如下：

一、其煤气进口管上的控制阀门(C1阀)连锁条件

1)、C1阀开启条件(初始状态：C1阀为关闭状态)；

1.1)、C1阀开启条件为：一段式活塞转炉煤气柜的柜位低于0.5H且二段式活塞转炉煤气主柜的柜位大于0.5H时，C1阀开启；

1.2)、C1阀关闭条件(初始状态：C1阀为开启状态)；

1.2.1)、高柜位连锁：一段式活塞转炉煤气柜的柜位高于H1时报警，高于H2时自动关停C1阀；

1.2.2)、低柜位连锁：当一段式活塞转炉煤气柜的柜位低于L4时，自动关停C1阀(异常，唯一可能就是二段式活塞转炉煤气主柜和二段式活塞转炉煤气副柜的柜位均处于低位，一段式活塞转炉煤气柜通过煤气进口管向二段式活塞转炉煤气主柜和二段式活塞转炉煤气副柜流出；待二段式活塞转炉煤气主柜的柜位上升到0.5H以上时，C1阀会开启)。

二、其煤气出口管上的控制阀门(C2阀)连锁条件

1)、当一段式活塞转炉煤气柜的柜位低于L3时，自动关停C2阀；待其柜位升至L2时重新开启。

2)、当一段式活塞转炉煤气柜的柜位高于H3时，自动关停C2阀(异常，极有可能是二段式活塞转炉煤气主柜和二段式活塞转炉煤气副柜的柜位处于高位，通过煤气出口管向一段式活塞转炉煤气柜流入)；C2阀重新开启的条件为：二段式活塞转炉煤气主柜或二段式活塞转炉煤气副柜的柜位小于L1。

本实用新型的优点在于：本实用新型在沿用现有二座二段式转炉煤气柜直列运行的基础上，最大限度减小对现有二座煤气柜直列运行正常生产的影响，并简化三座煤气柜联合运行的压力级别，方便二座煤气柜甚至单座煤气柜单独运行控制，便于为煤气柜配置安全仪表系统。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为本实用新型三座转炉煤气柜联合运行系统的示意图。

附图标记：1为转炉煤气总管，2为切断装置Ⅶ，3为控制阀门Ⅴ(或C1)，4为一段式活塞转炉煤气柜，5为切断装置Ⅳ，6为控制阀门Ⅲ(或B1)，7为二段式活塞转炉煤气副柜，8为切断装置Ⅰ，9为控制阀门Ⅰ(或A1)，10为二段式活塞转炉煤气主柜，11为切断装置Ⅲ，12为控制阀门Ⅱ(或A2)，13为切断装置Ⅱ，14为回流/合成煤气管，15为煤气加压机Ⅰ，16为为控制阀门Ⅳ(或B2)，17为切断装置Ⅴ，18为切断装置Ⅵ，19为控制阀门Ⅵ(或C2)，20为切断装置Ⅷ，21为切断装置Ⅸ，22为煤气加压机Ⅱ。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本实施例中提及的三座转炉煤气柜联合运行系统，包括由一座二段式活塞转炉煤气主柜10、一座二段式活塞转炉煤气副柜7和一座一段式活塞转炉煤气柜4组成的基本过程控制系统，并在呈直列运行的二段式活塞转炉煤气主柜10和二段式活塞转炉煤气副柜7基础上联合一段式活塞转炉煤气柜4形成三柜联合模式，且一段式活塞转炉煤气柜4的储气压力设在二段式活塞转炉煤气副柜7的一段活塞压力和二段式活塞转炉煤气主柜10的二段活塞压力之间。这样将具有储气压力恒定的一段式活塞转炉煤气柜4与现有的两座直列运行的二段式煤气柜并联运行，并设置相应的储气压力介于其区间范围。同时，一段式活塞转炉煤气柜4的煤气进口管、煤气出口管、煤气回流管均与现有的两座直列运行的二段式煤气柜的配套管路相连接，即二段式活塞转炉煤气主柜10的煤气进口管、二段式活塞转炉煤气副柜7的煤气进口管、一段式活塞转炉煤气柜4的煤气进口管均连接于从炼钢厂一次除尘来的转炉煤气总管1，且各自上均设有一切断装置Ⅰ8、切断装置Ⅳ5、切断装置Ⅶ2和一控制阀门Ⅰ9、控制阀门Ⅲ6、控制阀门Ⅴ3；二段式活塞转炉煤气主柜10的煤气出口管、二段式活塞转炉煤气副柜7的煤气出口管、一段式活塞转炉煤气柜4的煤气出口管均连接于原有的煤气加压机Ⅰ15，且各自上均设有另一切断装置Ⅱ13、切断装置Ⅴ17、切断装置Ⅷ20和另一控制阀门Ⅱ12、控制阀门Ⅳ16、控制阀门Ⅵ19；二段式活塞转炉煤气主柜10的煤气回流管、二段式活塞转炉煤气副柜7的煤气回流管、一段式活塞转炉煤气柜4的煤气回流管均连接于回流/合成煤气管14，且各自上均设有另一切断装置Ⅲ11、切断装置Ⅵ18、切断装置Ⅸ21，且所有的切断装置均采用煤气水封和盲板组合的结构，所有的控制阀门可以采用具有远程控制的气动蝶阀；由于煤气柜进口流量波动很大，故煤气进口管配备有远程快速控制的控制阀门；二座二段式煤气柜直列运行时，其二段式活塞转炉煤气主柜10的煤气出口管(去原有的煤气加压机Ⅰ15)的切断装置Ⅱ13常开，煤气送往原有的煤气加压机Ⅰ15后外送用户，与回流/合成煤气管14连接的煤气回流管上的切断装置Ⅲ11常开；二段式活塞转炉煤气副柜7的煤气出口管上的切断装置Ⅴ17和煤气回流管上的切断装置Ⅵ18常闭，二段式活塞转炉煤气副柜7的煤气进出都由其进口管完成。一段式活塞转炉煤气柜的煤气回流管上的切断装置Ⅸ21呈常闭状态，因为回流/合成煤气管14总是进入较低压力的二段式活塞转炉煤气主柜10。控制阀门的目的是一段式活塞转炉煤气柜4、二段式活塞转炉煤气主柜10和二段式活塞转炉煤气副柜7的柜位到达高位或低于低位报警时可自动关闭该控制阀门，起到保护转炉煤气柜作用。

本运行系统还包括有安全仪表系统(SIS)，即紧急停车安全联锁系统，该系统是独立于基本过程控制系统的，生产正常时处于休眠或静止状态，一旦生产装置或设施出现可能导致安全事故的情况时，能够瞬间准确动作，使生产过程安全停止运行或自动导入预定的安全状态，具有有很高的可靠性(即功能安全)。

由于三座煤气柜的煤气进、出口管等采用水封切断模式，一般耗时半小时，为与安全仪表系统相匹配，每座煤气柜的煤气进口管和煤气出口管上均配置具有远程控制能力的控制阀门，这些管路的快速切断可改用先阀门切断，而需要长时间切断再采用水封切断的操作方式。即每座煤气柜作为一个危险化学品重大危险源具有在基本过程控制系统失效情况下单个煤气柜柜位超高限或超低限安全仪表系统可以紧急切断相应的煤气进口或出口等控制阀门，将该煤气柜导入预定的安全状态。

在本实施例中的煤气出口管还连接有与原有的煤气加压机Ⅰ15并联布置且相对于该原有的煤气加压机Ⅰ15独立控制的另一新增的煤气加压机Ⅱ22。这样，为减少不同煤气加压机运行的干扰和减少对现有生产基本过程控制系统的影响，配套新增的煤气加压机Ⅱ22与原有的煤气加压机Ⅰ15的基本过程控制系统采用相对独立并联运行模式，即一段式活塞转炉煤气柜4和新增的煤气加压机Ⅱ22共用1套基本过程控制系统。

基于三座转炉煤气柜联合运行系统的联合运行方法包括：控制基本过程控制系统中的一段式活塞转炉煤气柜4的储气压力运行在二段式活塞转炉煤气副柜7的一段活塞压力和二段式活塞转炉煤气主柜10的二段活塞压力之间；而在基本过程控制系统失效情况下，并在一段式活塞转炉煤气柜4的柜位到达高其位极限或低位极限时，安全仪表系统可以控制一段式活塞转炉煤气柜4的煤气进口管和煤气出口管上各自的控制阀门Ⅴ3,控制阀门Ⅵ19关闭，而在二段式活塞转炉煤气主柜10的柜位到达其高位极限或低位极限时，安全仪表系统可以控制二段式活塞转炉煤气主柜10的煤气进口管或煤气出口管上各自的控制阀门Ⅰ9，控制阀门Ⅱ12关闭，而在二段式活塞转炉煤气副柜7的柜位到达其高位极限或低位极限时，安全仪表系统可以控制二段式活塞转炉煤气副柜7的煤气进口管或煤气出口管上各自的控制阀门Ⅲ6，控制阀门Ⅳ16关闭，以使相应的转炉煤气柜导入预定的安全状态。

具体的，结合下表的标记数表，以某钢厂为例，先期投产的二座转炉煤气柜采用直列(串联)运行进行设计，即二段式活塞转炉煤气主柜10(以下简称主柜)和二段式活塞转炉煤气副柜7(以下简称副柜)的煤气进口管控制阀门Ⅰ9、控制阀门Ⅲ6常开，主柜煤气出口管和回流管常开；副柜煤气出口管和回流管水封常闭，副柜的煤气进出都是通过主柜来实现的。在单柜运行状态下，单柜的煤气进口管、出口管和回流管都是打开的。主柜设计运行压力为P1～P3 kPa，副柜为P2～P4 kPa，主、副柜压力变更点高度均为L1，增设的一段式活塞转炉煤气柜4(以下简称新柜)运行的储气压力P5则介于P2和P3之间。同时，三座转炉煤气柜活塞高度或柜容设定为H4＞H3＞H2＞H1＞0.5H(约一半柜容)＞L1＞L2＞L3＞L4＞L5＞L6＞0。

标记数表

为尽量减少增设的新柜对现有二柜直列运行生产系统的影响和完善对煤气柜这一重大危险源的控制，新柜的基本过程控制系统相对独立，即单独设置一套基本过程控制系统，且新柜的柜位与各阀门基本过程控制系统连锁控制逻辑如下：

一、其煤气进口管上的控制阀门Ⅴ3(C1阀)连锁条件

1)、C1阀开启条件(初始状态：C1阀为关闭状态)；

1.1)、C1阀开启条件为：新柜的柜位低于0.5H且主柜的柜位大于0.5H时，C1阀开启；

1.2)、C1阀关闭条件(初始状态：C1阀为开启状态)；

1.2.1)、高柜位连锁：新柜的柜位高于H1时报警，高于H2时自动关停C1阀；

1.2.2)、低柜位连锁：当新柜的柜位低于L4时，自动关停C1阀(异常，唯一可能就是主柜和副柜的柜位均处于低位，新柜通过其煤气进口管向主柜和副柜流出；待主柜的柜位上升到0.5H以上时，C1阀会开启)。

二、其煤气出口管上的控制阀门Ⅵ19(C2阀)连锁条件

1)、当新柜的柜位低于L3时，自动关停C2阀；待其柜位升至L2时重新开启。

2)、当新柜的柜位高于H3时，自动关停C2阀(异常，极有可能是主柜和副柜的柜位处于高位，通过煤气出口管向新柜流入)；C2阀重新开启的条件为：主柜或副柜的柜位小于L1。

三、主柜的柜位与控制阀门Ⅰ9(A1阀)和控制阀门Ⅱ12(A2阀)连锁

1)、其柜位高位报警与联锁

1.1)、柜位达到H2，发出上限高报警；

1.2)、柜位达到H3，发出上限高高报警，关闭煤气进口管上的A1阀；

1.3)、柜位下降至H2，解除上限警报，打开A1阀；

2)、其柜位低位报警与联锁

2.1)、柜位下降至L3，由回流/合成煤气管14向主柜充入，其充入量为50％最大合成转炉煤气量；

2.2)、活塞下降至L4，发出低报警，合成转炉煤气充入量增加至全量；

2.3)、活塞下降至L6，发出低低报警，关闭煤气出口管上的A2阀和原有的煤气加压机Ⅰ15；

2.4)、当活塞行程上升至L3，解除连锁与报警，打开A2阀。

四、副柜的柜位与控制阀门Ⅲ6(B1阀)和控制阀门Ⅳ16(B2阀)连锁

1)、当主柜柜位上升到压力P1至P3之间时，开启副柜的煤气进口管上的B1阀；

2)、副柜柜位降至L4时，关闭煤气出口管上的B2阀。

在副柜检修时，其煤气进口管上的切断装置Ⅳ5和控制阀门Ⅲ6、煤气出口管上的切断装置Ⅴ17和控制阀门Ⅳ16、及煤气回流管上的切断装置Ⅵ18均关闭，主柜与新柜形成二柜联合运行，主柜的煤气进口管上的切断装置Ⅰ8和控制阀门Ⅰ9、煤气出口管上的切断装置Ⅱ13和控制阀门Ⅱ12、及煤气回流管上的切断装置Ⅲ11均全开；新柜的煤气进口管和煤气出口管上的切断装置Ⅶ2、切断装置Ⅷ20和控制阀门Ⅴ3、控制阀门Ⅵ19全开，其煤气回流管上的切断装置Ⅸ21关闭。副柜与新柜的二柜联合运行同理，不再赘述。

与基本过程控制系统相对独立的安全仪表系统，三座煤气柜共用，对于每座煤气柜，至少包含柜容达H4的煤气进口管上的控制阀关闭和柜容达L4时的煤气出口管上的控制阀关闭，保证煤气柜基本过程控制系统故障后使煤气柜这一危险化学品重大危险源保持在安全状态。

上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围，譬如，水封可以被其他切断装置代替；控制阀门也可以是切断装置中的其中一个启闭较快的阀门；柜位高度可以用活塞高度也可以用其对应的柜容等。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种三座转炉煤气柜联合运行系统，其特征在于，包括基本过程控制系统，由一座二段式活塞转炉煤气主柜(10)、一座二段式活塞转炉煤气副柜(7)和一座一段式活塞转炉煤气柜(4)组成，所述的一段式活塞转炉煤气柜联合在呈直列运行的二段式活塞转炉煤气主柜和二段式活塞转炉煤气副柜基础上，且一段式活塞转炉煤气柜的储气压力设在二段式活塞转炉煤气副柜的一段活塞压力和二段式活塞转炉煤气主柜的二段活塞压力之间。

2.根据权利要求1所述的三座转炉煤气柜联合运行系统，其特征在于，所述二段式活塞转炉煤气主柜、二段式活塞转炉煤气副柜及一段式活塞转炉煤气柜的煤气进口管均与转炉煤气总管(1)相连；所述二段式活塞转炉煤气主柜、二段式活塞转炉煤气副柜及一段式活塞转炉煤气柜的煤气出口管均并联布置且与相对独立的两台煤气加压机Ⅰ(15)和煤气加压机Ⅱ(22)相连；所述二段式活塞转炉煤气主柜、二段式活塞转炉煤气副柜及一段式活塞转炉煤气柜的煤气回流管均与回流/合成煤气管(14)相连。

3.根据权利要求1所述的三座转炉煤气柜联合运行系统，其特征在于，所述二段式活塞转炉煤气主柜的煤气进口管、煤气出口管和煤气回流管上分别设置有一切断装置Ⅰ(8)、切断装置Ⅱ(13)、切断装置Ⅲ(11)；所述二段式活塞转炉煤气副柜的煤气进口管、煤气出口管和煤气回流管上分别设置有一切断装置Ⅳ(5)、切断装置Ⅴ(17)、切断装置Ⅵ(18)；所述一段式活塞转炉煤气柜的煤气进口管、煤气出口管和煤气回流管上分别设置有一切断装置Ⅶ(2)、切断装置Ⅷ(20)、切断装置Ⅸ(21)。

4.根据权利要求3所述的三座转炉煤气柜联合运行系统，其特征在于，所述二段式活塞转炉煤气主柜的煤气进口管和煤气出口管上并分别相对于各自上的切断装置Ⅰ(8)、切断装置Ⅱ(13)在靠近二段式活塞转炉煤气主柜设有一控制阀门Ⅰ(9)、控制阀门Ⅱ(12)；所述二段式活塞转炉煤气副柜的煤气进口管和煤气出口管上并分别相对于各自上的切断装置Ⅳ(5)、切断装置Ⅴ(17)在靠近二段式活塞转炉煤气副柜设有一控制阀门Ⅲ(6)、控制阀门Ⅳ(16)；所述一段式活塞转炉煤气柜的煤气进口管和煤气出口管上并分别相对于各自上的切断装置Ⅶ(2)、切断装置Ⅷ(20)在靠近一段式活塞转炉煤气柜设有一控制阀门Ⅴ(3)、控制阀门Ⅵ(19)。

5.根据权利要求1-4任一项所述的三座转炉煤气柜联合运行系统，其特征在于，还包括独立于所述的基本过程控制系统的安全仪表系统。

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