| 作者：段林生（冷钢品质部） 摘要：本文简单阐述了中小型高炉TRT装置的基本原理，着重介绍了中小型高炉TRT装置仪控系统的组成、安装和调试。 关键词：TRT装置 透平膨胀机 仪控系统 安装 调试 1 前言 TRT技术是利用高炉炉顶煤气压力能及其热能，通过膨胀透平做功，驱动发电机发电、回收能量的一项技术，其装置也称为高炉炉顶煤气压力回收透平发电机组。 冷钢现有高炉5座，450立方米高炉3座，530立方米高炉2座，均属于中小型高炉。没有配备TRT装置以前，高炉煤气通过重力除尘和布袋除尘后直接送到减压阀组进行减压，最后送至各用户。大量的煤气压力和温度没有得到利用，完全浪费掉了，还对环境产生噪声污染。同时由于用户使用煤气量的不同，造成煤气压力波动大、不稳定，进而不利于高炉炉顶压力的稳定和调节，直接影响到高炉生产的顺利运行。 近几年来，由于中小型高炉采用轴流压缩机鼓风和无料钟炉顶以及干法布袋除尘等先进工艺技术，从而提高了高炉炉顶煤气压力，增加了煤气流量，净化煤气质量已成现实，为安装TRT装置创造了条件。 因此，冷钢2004年11月在2#高炉安装了第一套3000KWh的TRT装置，并一举获得成功，之后逐步推广应用至其它4座高炉，至2008年7月，冷钢5座高炉全部安装了TRT装置，每小时发电1．5万KWh，获得了非常好的经济效益、环保效益和社会效益。 冷钢5座高炉TRT装置的仪控系统安装调试全部为自行完成，完全掌握了仪控系统安装调试技术。 2 TRT系统的基本原理 高炉煤气首先通过重力除尘进入TRT装置，分别经过入口蝶阀、入口插板阀、文氏流量计和快速切断阀后进入透平机。高压煤气经过透平机的各级静叶，不断做功并膨胀，同时温度也不断降低，通过做功推动透平机旋转，动能经过连轴器带动发电机旋转，发电机发出电能并送至电网。为了保证TRT装置的运行安全，在透平膨胀机旁并行安装了两个旁通阀，在整个回路里TRT系统取代了减压阀组进行顶压调节和煤气输送的作用，在完成的过程中同时产生了电能并调节了高炉炉顶压力。 3 TRT装置仪控系统的组成 仪控系统主要完成TRT装置热工参数的检测和执行PLC的一部分输出指令，保证TRT系统的正常和安全运行。 冷钢5座高炉的TRT系统设备均成套采用陕西鼓风机（集团）有限公司的产品。该系统采取与调压阀组并联连接方式，正常情况下，由TRT装置调控高炉炉顶煤气压力，当TRT装置停车检修时，则切换至调压阀组调节高炉炉顶煤气压力，确保了整个高炉系统的可靠运行。 该TRT仪控系统主要由主流程系统、轴系监测系统、轴温监测系统、动力油站、润滑油站、氮气密封系统六部分组成。 3.1 主流程系统 即整个TRT装置仪控系统工艺流程。 高炉煤气自重力除尘器除尘后经入口蝶阀（FV101）、入口插板阀（FV102）、压力温度补偿的文丘利管流量计（FE101）、煤气粉尘监测仪（FCE101）、快速切断阀（FV103）、经压力温度（PT201、TE201）检测后进入透平膨胀机，经过透平膨胀机做功后的低温、低压煤气又经压力温度检测（PT202、TE202）后，通过电动插板阀（FV104）、电动蝶阀（FV105）控制，最后送往工艺管网供用户使用。 这部分仪控系统的主要作用是监测并控制进入TRT透平膨胀机的煤气状况、煤气流量，并检测进入透平膨胀机的工艺介质煤气的各种热工参数，如温度、压力、流量、粉尘含量等等。同时在透平膨胀机前设置了快速切断阀，一旦系统出现紧急情况，快速切断阀能迅速切断煤气来源，确保TRT装置和操作人员的安全，并且在透平膨胀机上安装有电液伺服阀，用来控制透平膨胀机的静叶开度，达到调节透平膨胀机转速的目的。 3.2 轴系监测系统 该系统的主要任务是监测透平膨胀机及发电机的振动、位移和转速，确保透平膨胀机和发电机的正常平稳运行。 整个TRT装置共设置了6套振动探头、2套位移探头和3套转速探头，分别是透平机进气侧轴振动（YE201A，B）、透平机排气测轴振动（YE202A，B）、发电机瓦振动（YE301A，B）以及透平机轴位移（ZE203A，B）、透平机转速监测（SE201，SE202，SE203）。 轴系仪控监测系统相对于高炉煤气TRT装置来说是非常重要的，为防止烧瓦甚至飞车等严重事故的发生，振动、位移、转速等三个参数均设置了两套监测仪表实行双保险，且与电控系统进行了联锁，一旦监测参数大于联锁设定值，立即起动紧急停机联锁控制，这时，紧急切断阀快关，透平膨胀机静叶全关，快速打开旁通阀控制炉顶压力，确保整个TRT装置安全和高炉的平稳运行。 3.3 轴温监测系统 该系统主要监测透平膨胀机和发电机的支承轴温度与润滑油温度。 其分别监测透平机进气测支承轴温（TE203A，B）、透平机排气测支承轴温度（TE204A，B）、透平机止推轴承温度（TE205A，B，C，D）、电机轴承温度（TE301A，B；TE302A，B）、润滑油温度（TE841）以及透平机回流油温和电机回流油温等。 为防止各种异常情况造成透平膨胀机和发电机各支承轴承温度升高烧瓦而引起大的事故，各支承轴承温度也与电控系统进行了联锁，一旦机组支承轴承温度大于联锁设定值，同样立即起动紧急停机联锁控制，这时，紧急切断阀快关，透平膨胀机静叶全关，快速打开旁通阀控制炉顶压力，确保整个TRT装置安全和高炉的平稳运行。 3.4 润滑油站 该系统主要给透平膨胀机和发电机各支承轴承供油进行润滑。 其原理是通过油泵将润滑油箱的油送往高位油箱，再由高位油箱流至透平机和发电机的各支承轴承。 系统设置了润滑油箱液位（LT801），润滑油箱油温（TE801），润滑油总管压力（PT841），润滑油总管油温（TE841）等监控参数。其中润滑油总管压力值（PT841）与电控系统进行了联锁，也是紧急停机联锁控制的条件之一。 3.5 动力油站 该系统主要负责给透平膨胀机的静叶调节阀、TRT装置的两路旁通电液伺服阀和快速切断阀等设备提供动力源，确保各种阀门快速可靠动作。 系统设置了动力油箱液位（LT701）、动力油箱温度（TE701）、动力油总管压力（PT741）及动力油各类过滤器差压开关等监测参数。其中动力油总管压力（PT741）与电控系统进行了联锁，是紧急停车联锁控制的条件之一。 3.6 氮气密封系统 主要负责对进入透平膨胀机进气侧和排气侧的高炉煤气进行密封，防止煤气外漏造成安全隐患。 主要监测参数有：氮气流量（FIQ501）、氮气压力（PT501）、氮气温度（TE501）、氮气与膨胀机内煤气差压（PdT502）以及用于调节其差压的气动薄膜调节阀（PdCV502）等。 总之，整个TRT装置自动化仪表系统由受地安装仪表和盘装仪表及各种调节阀等组成，包括各类现场指示仪表、变送类仪表、盘装仪表和调节控制类仪表，它们共同组成的监测系统对TRT装置的热工参数进行全过程的监控，确保TRT系统和高炉的正常平稳运行。 4 TRT装置仪控系统的安装、调试 4.1 TRT装置受地安装的现场指示类仪表 主要指弹簧管压力仪表、双金属温度计、玻璃温度计等。 4.1.1 现场指示类仪表都是现场就地安装，所处的环境恶劣，在选取此类仪表时，应根据生产过程对压力、温度测量的精度要求、被测介质的温度高低、黏度大小、腐蚀性、脏污情况、潮湿、振动、是否易燃易爆等条件，合理选择仪表的测量范围、精度等级以及是否需加装附加装置等。 4.1.2 现场指示类仪表在安装时，应考虑检测点的选取，以及今后检修是否方便等因素，弹簧管压力表的引压管不宜过长，否则会造成测量滞后，测量蒸汽或有腐蚀性的介质时，应加装隔离罐。 4.1.3 现场指示类仪表的调试相对简单，双金属温度计和玻璃温度计都是即装即用，一般不需系统调试，而弹簧管压力仪表在测量蒸汽或液体时，如果压力表安装在生产工艺管道的下方，则压力表示值比工艺管道的实际压力高，因此示值读数时应减去从压力表到管道取压口之间的这段液柱静压力，否则会造成测量误差。 4.2 TRT装置控制类仪表的安装、调试 4.2.1 控制类仪表是TRT装置的主要监控仪表。此类仪表品种数量多，一般都是单元组合仪表，包括压力变送器、差压变送器、热电偶、热电阻、调节阀、CO检测探头、振动检测探头、位移检测探头转速检测探头等等。分为一次检测元件和二次仪表，一次检测元件也称变送类仪表，如热电阻、热电偶、压力变送器、差压变送器及各种探头等，通常安装在现场，二次仪表指各种数字显示仪表，一般安装在控制室内的仪表盘上。 随着计算机技术、控制技术、通信技术和显示技术的不断发展，集散控制系统（DCS系统）已经成为了过程工业自动化控制的主流，该系统去掉了复杂烦琐的二次仪表盘和显示仪表，一次检测元件或变送器来的模拟量或标准4～20mA信号直接进入DCS系统的过程控制单元的各类模块，完成现场热工检测、控制信号的采集、处理以及各种控制功能，再通过人机接口单元和通信网络单元，完成对各类热工参数的显示和控制。 冷钢的TRT装置就采用了DCS系统（即集散控制系统），整个仪控系统除现场安装了一次检测元件和各类变送器之外，全部信号都进入了DCS系统，大大简化了仪控系统的安装调试工作。 4.2.2 一次检测元件的安装一般根据工艺提供的要求将基座焊接在相应的工艺管道上。 感温元件（热电阻、热电偶）的安装应确保测量的准确性，在管道中，感温元件应迎着介质流向插入，且工作端应置于管道中流速最大之处，为避免由于热辐射产生的测温误差，在安装测温元件的地方，应采取保温绝热措施。 压力变送器和差压变送器应采用保护箱支架安装，并固定在无振动的环境中，使用屏蔽电缆与DCS系统的模块相连接。调节阀的安装位置根据工艺要求来定。 振动检测和位移检测探头分别安装在透平膨胀机的左轴承箱体和右轴承箱体内以及电机轴承箱体内，具体位置设备已有预设，安装时只需对号入座装上就行了。 4.2.3 单元组合仪表组成的过程控制系统的调试，要在安装前对每台变送器按检定规程的要求进行检定，合格后再送到现场安装。系统安装完成后，通电，用标准压力发生器从现场变送器处加压力信号，在控制室电脑上读数，检验该参数检测系统误差是否正常。 振动、位移和转速探头的调试相对复杂一点，冷钢采用的是美国ENTEK公司的产品，由振动、位移、转速探头和前置器组成。二者采用二线制连接，前置器采用单独的24V电源盒供电，其输出4～20mADC信号至控制室DCS系统模块。振动、位移探头和前置器装好后，通电进行调试，将一块检测钢板慢慢靠近探头，同时用数字万用表测量前置器输出电压，直至输出不再变化为止，记下此时的输出电压值为-2V，再将检测钢板慢慢远离探头，观察输出电压的变化，直至输出电压不再变化为止，记下此时的电压值为-18V，二者的差值就是探头的检测范围所对应的输出电压变化范围10V。考虑到振动和位移有一个正负值的问题，因而将探头的零位输出定为-10V左右（这个机械零点具体位置应由机装工提供）为宜。比如，经过调试，冷钢TRT装置透平机轴位移从-27．5丝～0～+27．5丝对应的前置盒输出电压为-2V～-10V～-18V，其它振动探头的调试方法也一样。 综上所述，振动、位移探头与前置盒的调试，一是要测试出探头行程所对应的输出电压值，二是要由机装工提供准确的设备机械零点位置。 5 结语 冷钢自行安装和调试的5座高炉TRT仪控系统，性能优良、稳定性好，对高炉炉顶压力的控制精度有很大的改善，各项指标达到了设计要求。高炉煤气TRT装置在冷钢的应用，获到了良好的效果，正常情况下的炉顶压力控制在±3．5KPa，处于国内较好的水平，有利于高炉的稳产高产和平稳运行。正常情况下高炉炉顶压力通过TRT控制，与原来未使用TRT技术的高炉比较，极大地减少了减压阀组的使用和损耗，控制系统运行速度快，稳定性高，同时减少了高炉生产对环境的污染，降低了噪声。通过并网发电，5座高炉TRT装置的年发电量为公司创效达2000万元。 参考文献 1 热工仪表及自动化装置.山西省电力工业局编. 2 乐嘉谦.化工仪表检修工.化学工业出版社 3 TRT装置仪控系统原理图 陕西鼓风机（集团）有限公司 |
