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钢铁企业节能减排中自动化仪表的作用及运用

时间:2019-10-18 来源:冶金能源 作者:姜辉,赵继东,赵晓鹏, 本文字数:3633字

  摘    要: 对自动化仪表在钢铁行业的应用进行回顾,分析钢铁冶金行业自动化仪表种类,研究自动化仪表在保证企业生产效率、生产安全性、降低工作人员劳动强度和提高产品质量等方面的作用。同时指明其智能及先进控制应用策略、系统研发与现场总线控制仪表应用和专用特殊仪表的研发,推动实用工程化的发展方向。

  关键词: 自动化仪表技术; 先进控制; 现场总线; 专用特殊仪表;

  Abstract: The article reviewed the application of automated instruments in the steel industry. The types of automatic instruments in the iron and steel metallurgy industry were analyzed, and the role of automatic instruments in ensuring production efficiency, production safety, reducing labor intensity and improving product quality was studied. At the same time, it also pointed out the development of its intelligent and advanced control application strategy, system development and fieldbus control instrumentation applications and special special instruments, and promoted the development direction of practical engineering.

  Keyword: automation instrumentation technology; advanced control; field bus; special instrument;

  随着人们对生态文明的重视,钢铁行业作为能耗高、污染重的行业,需进行转型升级,以减少对资源的需求,降低污染物质排放量,实现经济、环境共同发展。为实现这一目的,钢铁行业需研究节能减排技术,从技术方面落实节能减排策略。通过应用自动化仪表技术,可有效提升资源利用率、减少污染物排放量,实现节能减排。

  1、 自动化仪表在钢铁行业的应用发展简述

  (1)第一阶段为工业控制自动化发展早期阶段。

  我国部分钢铁企业引进了国外先进生产技术及自动化控制设备,这些企业自动化水平较高,且生产效率、生产质量较高。此发展阶段的主要特征为:生产环节中应用的主要是过程检测控制自动化仪表,且大部分是气动仪表。此类仪表主要用于控制温度、压力、流量及液位参数,确保各项生产参数的稳定性,保证生产活动可顺利进行。

  (2)第二阶段为20世纪80年代。

  自动化仪表在我国得到广泛应用,自动化仪表价格有所降低,但钢铁冶金企业对生产效率、生产质量要求在逐渐提升,因而需引进更为先进的生产技术及生产设备,部分中小型钢铁冶金企业也将自动化仪表应用在生产活动中。此发展阶段主要特征为:单元组合仪表、组装式仪表在生产环节得到广泛应用。计算机技术也被应用于生产环节中,从而实现数字控制、定值控制功能。此阶段研发了多种控制系统,不仅可保证生产活动稳定性,还可满足一些特定控制要求。

  (3)第三阶段为现今。

  经过多年的发展,我国部分大中型钢铁冶金企业已将先进生产技术、生产设备应用到生产线中,有效提升了生产效率。目前,很多钢铁企业已实现全车间无人化或少部分人复杂操作管理的目标,且对生产环节的控制较为严格。此阶段的主要特征为:大多使用智能单元组合仪表,成分检测、数据处理功能增强;调节类仪表种类增多,稳定性较高,自动化仪表可满足复杂运行环境要求。过程控制系统结构已发展为多边系统,可在生产过程中对各种指标进行最优控制及自适应控制。
 

钢铁企业节能减排中自动化仪表的作用及运用
 

  2、 钢铁行业自动化仪表种类分析

  在钢铁企业生产线中应用自动化仪表,可有效控制整个生产过程。利用自动化仪表可准确检测钢铁冶炼工艺参数,确保能源充分利用,实现节能减排。钢铁冶炼过程中可使用多种检测仪表,因而,钢铁冶金行业需依据实际发展情况选择最合适的自动化仪表,充分发挥自动化仪表的积极作用。

  2.1、 物位仪表、气体分析仪表

  物位仪表依据实际测量对象不同分为料位仪表与液位仪表两种。气体分析仪表主要用于分析钢铁冶炼中产生的各种气体含量(如二氧化硫气体、一氧化碳气体等)。钢铁冶金企业可利用电子型物位仪表、分析仪表处理生产过程中排放的气体,有效提升处理效率及质量,实现节能减排。

  2.2、 流量、压力、温度仪表

  使用流量、压力、温度仪表检测钢铁冶金行业生产过程中的能源介质、冶炼参数。此类仪表的应用范围比较广,可适用于能源开采、能源运输和钢铁冶炼等多个生产环节,全方位控制、监测整个生产过程。此外,流量、压力和温度仪表可监测易腐蚀物质中的有害物质成分,这对钢铁冶金行业制定有针对性解决措施十分重要。

  3 、自动化仪表技术作用及应用发展策略

  3.1 、自动化仪表技术作用

  (1)保证企业生产效率

  钢铁生产过程是典型的“三流一态”的煤铁化工工艺,涉及到很多生产子过程的有机耦合,只有准确掌握各个过程的工艺参数,才能保证整个工艺过程的顺行。对各种参数的测定只能通过性能稳定的自动化仪表技术。

  (2)保证企业生产安全性

  钢铁生产涉及到高温、高压和有毒有害气体产生及排放等诸多环节,使用自动化仪表可提前进行预警,避免出现有毒有害物质泄漏、温度过高或压力过大等情况,并由相关工作者进行及时处理,以免给企业、社会造成巨大损失。

  (3)降低工作人员劳动强度

  以往我国很多钢铁企业并未重视自动化仪表技术的应用,在生产过程中,需要人工检测温度、压力等生产参数。这些人工检测不仅工作岗位危险性较高,而且获得的检测结果准确度不够高,还需要工作人员具备丰富工作经验及专业知识水平。

  现阶段使用的检测系统,工作人员在主控室中就可及时获取数据信息。在整个生产环节使用自动化仪表技术,可降低工作人员劳动强度,保证工作人员生命安全。

  (4)提高产品质量

  钢铁工艺对数据要求越来越高,数据不仅要全面、实时性好,还要具有高精度。只有这样的数据才能提高产品质量和加强企业精细化管理。然而对数据的采集、存储、挖掘与分析以及优化等各个环节都要有相应的自动化信息化技术来保证,其中技术难度较大的是数据采集,决定着数据应用的水平。

  3.2 、自动化仪表应用发展策略

  3.2.1、 智能及先进控制应用策略

  智能控制并不需精确掌握被控制对象模型,工作人员只需掌握相关知识即可。该控制技术可应用在不完全、复杂、模糊的非数学过程当中。现阶段模糊控制、自适应控制和神经元网等多种先进智能系统已应用到连铸结晶器、中间罐液位、热风炉燃烧和生产过程等环节中,且获得了一定成果。钢铁生产企业通过应用先进控制技术,可有效提高生产系统适应控制能力,规避生产系统本身存在的非线性、时变性和外部随机扰动等多种问题,因而其在钢铁行业得到了广泛应用。智能及先进控制在钢铁行业的主要应用案例为:依据自适应理论控制连铸结晶器液位,根据预测模型控制高炉中铁水温度,利用分布参数理论控制电炉中钢铁的成分等。通过这些实践可发现,钢铁行业需积极应用先进控制软件,充分发挥PLC、计算机等过程控制系统的积极作用,加强对应用基础、软件的研究,提高钢铁行业智能化水平、先进控制理念实用化水平,实现提升钢铁行业生产效率及生产质量的目标。

  3.2.2、 系统研发与现场总线控制仪表应用

  现场总线系统指的是可保证自动化系统,现场设备智能数据传输稳定性的数字化、开放化,双向串行通信总线,利用数字化技术可将此系统延伸到现场仪表中,保证原本由总线控制DCS系统完成大部分组织控制功能转移给现场仪表。钢铁企业可在生产现场建设现场总线控制FCS系统,可完成一体化控制、测量功能,同时可实现分散控告知功能,有效保证生产控制系统运行稳定性及安全性,确保产品质量。使用现场总线控制FCS系统,可降低中央控制系统本身计算压力,中央控制系统只需完成例行控制工作,如此可充分发挥先进控制系统的智能化、先进化控制功能。为保证先进控制系统可适应于钢铁行业,需依据钢铁行业的实际发展情况及生产特点研发FCS系统并进行推广,从而提高钢铁行业自动化水平、智能化水平,推动钢铁行业稳定发展。

  3.2.3、 专用、特殊仪表的研发,推动实用化工程迅速发展

  钢铁行业生产涉及多种行业专用、特殊检测仪表,以保证温度测量的准确性及连续性、高温流体成分检测准确性、大范围检测管道脏气体流量、全面检测现场温度及产品尺寸等。钢铁行业生产活动中这些特殊检测仪表的使用几率较高,因而钢铁行业需确定此类自动化仪表未来一段时间的发展方向,即通过微处理器、计算机设备提高特殊检测仪表智能化水平,推动其向机电一体化方向发展。同时,可利用CCD元件、新型传感器、光纤、图像识别技术等多种元件及技术提高专用、特殊检测仪表的性能。近年来,钢铁行业应用了涡流式、红外线、射线检测设备等多新型检测仪表。随着科技、钢铁行业的持续发展,需加强对钢铁行业专用、特殊检测仪表的研究及推广,提高此类仪表的实用化程度,对提升钢铁行业生产效率和节能减排具有重要意义。除此之外,在自动化仪表设备的管理及诊断中还需积极应用智能化技术,使用检测技术、识别技术、预测技术和专家系统等多种智能化技术及时了解设备运行状态,保证钢铁行业生产稳定性。

  4、 结语

  总而言之,污染物排放不仅污染自然环境,还会对人的身体健康造成不良影响。在钢铁冶金行业中应用自动化仪表技术,可提升钢铁冶金企业生产效率及生产质量,降低对能源的损耗,减少污染物排放量。钢铁冶金企业应用自动化仪表技术,不仅可实现节能减排,还可推动企业转型升级,从而提高企业综合竞争力、经济效益及生态效益。

    姜辉,赵继东,赵晓鹏,哈君,王天杰,李顺,赵艳.自动化仪表技术在钢铁行业节能减排的应用[J].冶金能源,2019,38(05):60-62.
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