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摘要：焦炉集气管系统是焦炉系统的重要组成部分，针对目前我国焦炉集气管压力系统波动大及自动化低下的现状，开发了焦炉集气管压力智能控制系统。通过采用Honeywell集散控制系统和VC软件编程，实现了焦炉集气管压力的可视化调节，将集气管压力稳定在给定的工艺波动范围内。该系统在涟源钢铁有限公司进行了试验和使用，效果良好。
1 引言
焦炉集气管系统是焦炉系统的重要组成部分，它负责收集焦炉生产过程中产生的焦炉煤气，对其进行气液分离，冷却，洗涤等净化操作，提供给民用供气，锅炉或高炉加热等进一步使用[1~4]。在焦炉工业中焦炉集气管压力的稳定是焦炉正常生产的重要保证。生产中受到多种因素的影响，如出焦，装煤，炉底换向，煤气量发生变化，工艺设备及管道阻力变化都会引起集气管压力大幅度波动。当压力过低时，空气就会进入炉体，导致焦碳燃烧，灰份增加，焦碳质量下降，加重冷却系统的负担并缩短炉体使用寿命，当压力过高时，荒煤气将会冒出，造成跑烟冒火，降低了荒煤气的回收率并造成环境污染。目前我国很多钢铁企业集气管压力波动范围达，自动化程度较低，因此，研制焦炉集气管压力控制系统以及成功应用，对于改善环境，提高煤气回收量和质量，提高焦炉辅助产品和质量，具有重要意义[5,6]。
2 工艺现状
涟源钢铁有限公司焦化厂目前有1#、2#、新2#三座焦炉，其中1#、2#焦炉焦炭产量相对新2#焦炉（简称N2#）要小，相应其荒煤气的产量和集气管气压也要小些。1#、2#焦炉相距很近，其集气管压力耦合严重，其中任一集气管压力的变化都会引起另一集气管气压的波动。两座老焦炉集气管压力原先设定值为80~120Pa，现因炉体老化，其值设定在40~80Pa之间才能防止焦炉出现跑烟、冒火的现象，在实际生产中，有时甚至设定在20Pa。1#、2#焦炉荒煤气汇合后，经一段长为600m左右的输气管传输后与N2#焦炉的荒煤气汇合。N2#焦炉与鼓风机相距较近，鼓风机转速的变化对N2#焦炉影响显著，对1#、2#焦炉影响较小。因为1#、2#焦炉集气管与N2#焦炉集气管相距较远，输气管长且阻尼大，同时鼓风机吸力气压远大于集气管所能产生的最大负气压，所以1#、2#焦炉与N2#焦炉之间耦合相对较小。
3 控制系统硬件设计
控制系统选用Honeywell公司生产的Honeywell PlantScape集散控制系统，该系统开放性好，使用方便，功能强大，能满足集成和分散控制的各种要求。
集气管压力控制系统硬件结构图如图1所示，系统为冗余结构，每一个主机架都由电源模块TK-FPCXX2,网络接口模块TC-CCR013，中央处理模块TC-PRS021，冗余模块TK-PRR021构成。从机架由电源模块TK-FPCXX2,网络接口模块TC-CCR013，数字量输入模块TK-IDD321，数字量输出模块TK-ODK161，模拟量输入模块TC-FIAH81，模拟量输出模块TK-OAV081，热电阻模块TB-IXR061构成。操作员控制与监视（人机界面）采用戴尔工控机，配置以太网卡和1784-PCIC卡，以太网卡用于服务器与各工作站的通信。1784-PCIC卡用于和DCS系统的CONTROLNET网连接。系统监控和数据采集选用Honeywell公司的PlantScape，提供操作员监视，操作，系统报警及报表生成功能。另外，在鼓风机房配置了两台工作站，通过光缆和中控室服务器相连，用于监控鼓风机运行和集气管压力状况。
三座焦炉因投产时间和设计的原因，使用的调节阀各不相同，其中1#焦炉使用的是西贝公司的SCHIEBEL调节阀，2#焦炉使用的是ROTORK调节阀，3#焦炉使用的是川仪的调节阀，均为电动调节阀，动作力矩大，缺点是不能频繁的调节，容易引起电机发热，安装位置在集气管的末端，从运行的情况看，因集气管内焦油的逐渐增多，引起阀门动作力矩增大。
图1 集气管压力控制系统硬件结构图
4 智能控制方案
在Honeywell系统的基础上设计了集气管协调专家控制器、1#、2#智能解耦控制器、N2#专家模糊控制器和协调控制器。其整体结构如图2所示。
从图2中可以看出，集气管压力智能解耦控制系统的工作原理如下：三座焦炉的集气管压力设定值以及外送压力、鼓风机转速和蝶阀阀位的检测值输入到集气管协调专家控制器，由专家控制器根据专家经验，处理有关的设定值和检测值，并把处理的数据传给1#、2#智能解耦控制器和N2#专家模糊控制器。
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