一种焦炉集气管压力控制远程预警装置及方法

技术领域

本发明属于仪表自动控制技术领域，具体涉及一种焦炉集气管压力控制远程预警装置及方法。

背景技术

焦炉集气管压力是炼焦生产过程中重要的工艺参数，焦炉集气管压力的稳定是焦炉正常生产的重要保证。集气管压力过高会造成焦炉炉体冒烟冒火，污染环境，对操作人员的人身安全构成威胁。压力过低会使空气进入烟气中造成煤气部分燃烧，不但会缩短炉体寿命，还会使煤气中氧含量增加，降低煤气质量。因此，如能将焦炉集气管压力控制好，将会取得可观的社会经济效益，确保安全生产。国内目前焦炉集气管压力调节采用的双作用气动执行器保护功能不全，事故状态时没有远程预警装置，操作人员因无法获知其故障状态，不能及时地干预导致被控焦炉集气管压力的突变，继而引发严重污染环境事故，对生产过程影响非常大。因此采用有效的焦炉集气管压力控制远程预警技术是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种焦炉集气管压力控制远程预警装置及方法，旨在解决目前焦炉集气管压力调节采用的双作用气动执行器保护功能不全，事故状态时没有远程预警装置，操作人员因无法获知其故障状态的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

首先提出一种焦炉集气管压力控制远程预警装置，包括一体化装置箱，一体化装置箱包括进气装置、保护装置和预警装置；

进气装置设有采集端和第一输出端、第二输出端和第三输出端，采集端接收气体并进行预处理，第二输出端和第三输出端将预处理后的气体输送至保护装置。

保护装置用于接收气体并检测信号，若信号断开即执行相应停止动作。

预警装置包括压力开关、控制开关、气动执行机构和报警器，压力开关的检测端与进气装置的第一输出端相接，输出端与报警器相接，气动执行机构的输入端与保护装置相接，输出端与报警器相接，控制开关一端与保护装置，另一端与报警器相接，控制开关用于当保护装置的信号断开时，接通报警器。

进一步的，保护装置包括阀门定位器，双通道气动锁紧阀和双作用气动执行器，阀门定位器设有气源进气口和两路输出气动信号P1和P2，气源进气口与进气装置的第二输出端相接，两路输出气动信号P1和P2通过双通道气动锁紧阀分别与双作用气动执行器的上、下气缸相连通，阀门定位器为SIPART PS2系列西门子智能阀门定位器。

进一步的，气动执行机构包括第一限位开关、凸轮、转轴、转臂和第二限位开关，转臂的旋转端与双作用气动执行器的反馈轴相接，另一端通过转轴与凸轮相接，凸轮一侧与第一限位开关相接，另一侧与第二限位开关相接，凸轮旋转分别控制第一限位开关和第二限位开关的闭合，第一限位开关和第二限位开关分别与报警器相接。

进一步的，保护装置还设有电子开关和两位三通电磁阀，电子开关一端与输入信号和电源相接，另一端与阀门定位器相接，两位三通电磁阀的气源入口与进气装置的第三输出端相接，气源出口与双通道气动锁紧阀的控制气源入口相接，控制开关通过两位三通电磁阀从电子开关处获得电源。

进一步的，报警器包括中央信号报警器、电铃、试验按钮和确认按钮，中央信号报警器的输入端分别与压力开关、控制开关、第一限位开关和第二限位开关相接，另一端分别与电铃、试验按钮和确认按钮相接，中央信号报警器接通时电铃也接通，试验按钮闭合时接通中央信号报警器，确认按钮闭合时切断中央信号报警器。

本发明还提出一种焦炉集气管压力控制远程预警方法，应用于本申请中的一种焦炉集气管压力控制远程预警装置，包括以下步骤：

S1:进气装置接通气源，将阀门定位器两路输出气动信号P1和P2通过双通道气动锁紧阀输送至双作用气动执行器的上、下气缸；

S2：当一种焦炉集气管压力控制远程预警装置发生异常时，保护装置自锁执行相应停止动作。

进一步的，步骤S2中的异常包括输入信号或电源断开、进气装置的气压低于正常工作时的气压以及阀门定位器发生故障。

进一步的，输入信号断开时，相应停止动作为两位三通电磁阀失电，双通道气动锁紧阀锁紧使双作用气动执行器维持原有位置，控制开关接通报警器报警。

进一步的，电源断开时，相应停止动作为两位三通电磁阀切换，使双通道气动锁紧阀的控制气源排空，双通道气动锁紧阀锁紧使双作用气动执行器维持原有位置，控制开关接通报警器报警。

进一步的，进气装置的气压低于正常工作时的气压时，双通道气动锁紧阀锁紧使双作用气动执行器维持原有位置，压力开关接通报警器报警。

进一步的，当阀门定位器发生故障时，相应停止动作双作用气动执行器的上、下气缸处于全开或全关的极限位置，气动执行机构反馈轴带动转臂使连在同一转轴上的凸轮旋转分别控制第一限位开关和第二限位开关的闭合接通报警器报警。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本装置中的预警装置通过增加压力开关和控制开关与报警器相接，使得装置增加了断电、断信号以及气压异常的三种预警，使作业人员能够及时获取几种异常状态的预警信息，及时进行相应的操作。

2.在双作用气动执行器动作过程中出现气源、供电电源或输入信号源突然中断时，能保证双作用气动执行器保持中断前的工作位置。从而保证了煤气连续回收，避免了炉顶荒煤气冒出，严重污染环境事故。

3.在西门子智能阀门定位器故障，双作用气动执行器出现全开、全关极限位置时，触发远程安全预警响应，为操作人员提供及时报警。如果与保护系统中的电磁阀、继电器等元件配套使用，可以进行连锁保护，及时地开启焦炉放散阀和点火装置。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图；

图2是本发明实施例结构示意图；

附图中：1-一体化装置箱，2-气源入口，3-双作用气动执行器上下气缸接口，6-气源，7-过滤减压阀，8-压力开关，9-气源入口截止阀，10-二位三通电磁阀，11-双通道气动锁紧阀，12-西门子智能阀门定位器，13-电子开关，15-第一限位开关,16-凸轮，17-转轴，18-转臂，19—第二限位开关，20-中央信号报警器，21-输入信号源，22-供电电源，23-双作用气动执行器，24-电铃，25-试验按钮，26-确认按钮，27-上下气缸连通截止阀，28-保护装置，29-预警装置，30-进气装置。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

如图1所示，一种焦炉集气管压力控制远程预警装置，包括一体化装置箱1，一体化装置箱1包括进气装置30、保护装置28和预警装置29；

进气装置30设有采集端和第一输出端、第二输出端和第三输出端，采集端接收气体并进行预处理，第二输出端和第三输出端将预处理后的气体输送至保护装置28；进气装置30的作用是将气体输送至保护装置28，若检测到进气装置28内的气压超范围，即启动保护措施。

保护装置28用于接收气体并检测信号，若信号断开即执行相应停止动作；保护装置28接收多路信号，包括进气装置30的气压信号，停止动作即为控制压力使其不继续发生变化。

预警装置29包括压力开关8、控制开关、气动执行机构和报警器，压力开关8的检测端与进气装置30的第一输出端相接，输出端与所述报警器相接，气动执行机构的输入端与保护装置28相接，气动执行机构反馈轴与转臂相接，控制开关一端与所述保护装置28，另一端与报警器相接，控制开关用于当保护装置28的信号断开时，接通报警器。设置压力开关8与报警器相连是为了增加气压降落时的报警措施。而控制开关的作用是当保护装置28的其他信号发生断开现象时，控制开关及时关闭以接通报警器报警，即增加了断信号预警装置。限位开关的作用是当双作用气动执行器出现全开、全关极限位置时，触发远程安全预警响应，接通报警器实现故障报警的功能。

上述装置中，保护装置28包括阀门定位器，双通道气动锁紧阀11和双作用气动执行器23，阀门定位器设有气源进气口和两路输出气动信号P1和P2，气源进气口与进气装置30的第二输出端相接，两路输出气动信号P1和P2通过双通道气动锁紧阀11分别与双作用气动执行器23的上、下气缸相连通。

并且，气动执行机构包括第一限位开关15、凸轮16、转轴17、转臂18和第二限位开关19，转臂18的旋转端与双作用气动执行器反馈轴相接，另一端通过转轴17与凸轮16相接，凸轮16一侧与第一限位开关15相接，另一侧与第二限位开关19相接，凸轮16旋转分别控制第一限位开关15和第二限位开关19的闭合，第一限位开关15和第二限位开关19分别与报警器相接。当保护装置发生故障时，双作用气动执行器23的上、下气缸会处于全开或全关的极限位置，相应的转臂18会旋转到两种极限位置，对应的凸轮16会旋转到两个极限位置，其中对应气缸全开的极限位置使第一限位开关闭合、第二限位开关断开，进而接通报警器工作；对应气缸全闭的极限位置使第二限位开关闭合、第一限位开关断开，进而接通报警器工作。

除此之外，保护装置28还设有电子开关13和两位三通电磁阀10，电子开关13一端与输入信号和电源相接，另一端与阀门定位器相接，两位三通电磁阀的气源入口与进气装置30的第三输出端相接，气源出口与双通道气动锁紧阀11的控制气源入口相接，控制开关通过两位三通电磁阀10从电子开关13处获得电源。电子开关13用于接收外来的输入信号和电源，两位三通电磁阀10负责当输入信号和电源断开时失电，从而使双通道气动锁紧阀11控制双作用气动执行器23保持原有位置，防止气压进一步发生变化。

另外，报警器包括中央信号报警器20、电铃24、试验按钮25和确认按钮26，中央信号报警器20的输入端分别与压力开关8、控制开关、第一限位开关15和第二限位开关19相接，另一端分别与电铃24、试验按钮25和确认按钮26相接，中央信号报警器20接通时电铃24也接通，试验按钮25闭合时接通中央信号报警器20，确认按钮26闭合时切断中央信号报警器20。其中，中央信号报警器20发出光源，电铃24发出声音，实现声光报警。试验按钮25和确认按钮26用于确认报警器的工作是否正常。

一种焦炉集气管压力控制远程预警方法，应用于一种焦炉集气管压力控制远程预警装置，包括以下步骤：

S1:进气装置30接通气源，将阀门定位器两路输出气动信号P1和P2通过双通道气动锁紧阀输送至双作用气动执行器23的上、下气缸；

S2：当所述的一种焦炉集气管压力控制远程预警装置发生异常时，保护装置28执行相应停止动作。

上述方法中，步骤S2中的异常包括输入信号或电源断开、进气装置30的气压低于正常工作时的气压以及阀门定位器发生故障。

其中，输入信号断开时，相应停止动作为两位三通电磁阀10失电，双通道气动锁紧阀11锁紧使双作用气动执行器维持原有位置，控制开关接通报警器报警。

并且，电源断开时，相应停止动作为两位三通电磁阀10切换，使双通道气动锁紧阀11的控制气源排空，双通道气动锁紧阀11锁紧使双作用气动执行器23维持原有位置，控制开关接通报警器报警。

而且，进气装置30的气压低于正常工作时的气压，双通道气动锁紧阀锁紧使双作用气动执行器维持原有位置，压力开关8接通报警器报警。

而且，阀门定位器发生故障，双作用气动执行器出现全开、全关极限位置时，触发相应限位开关闭合接通报警器报警。

实施例1

如图2所示，本发明提供的用于一种焦炉集气管压力控制远程预警装置，包括气源6、供电电源22、输入信号源21、过滤减压阀7、压力开关8、二位三通电磁阀10、双通道气动锁紧阀11、西门子智能阀门定位器12、电子开关13、双作用气动执行器23、中央信号报警器20，还包括一体化的装置箱1，一体化装置箱上开设有连接口，所述过滤减压阀7的入口与所述气源6相连接，所述过滤减压阀7的出口管路分别与压力开关8、西门子智能阀门定位器12的气源压力入口、两位三通电磁阀10的气源入口相连接；所述两位三通电磁阀10的气源出口与双通道气动锁紧阀11的控制气源入口相连接；所述西门子智能阀门定位器12的两路输出气动信号经P1、P2分别与双通道气动锁紧阀11的输入接口IN1、IN2相连接，所述双通道气动锁紧阀11的输出接口OUT1、OUT2分别与双作用气动执行器23的上、下气缸相连接。

一体化装置箱1的箱体的尺寸长×宽×深为500×400×400mm，一体化装置箱1上开设有2个气路连接口，左侧开设有气源入口2，右侧开设有双作用气动执行器上下气缸接口3、一体化装置箱1的下部还开设有电缆穿入口。

过滤减压阀7与气源6之间安装有气源入口截止阀9。过滤减压阀7的入口与气源入口截止阀9的出口相连接，过滤减压阀7的出口管道分别与压力开关8、二位三通电磁阀10的气源入口、西门子智能阀门定位器12气源接入口相连接。气源入口截止阀9的入口通过气源入口2与气源6相连接。过滤减压阀7的最高工作压力为1MPa，过滤精度5μm，调压范围0.1～0.8MPa。过滤减压阀7将氮气或压缩空气气源中＞5μm的颗粒过滤，并将压力减至0.4～0.5MPa。气源入口截止阀9的最大承受压力1.6MPa，可用于检修或更换过滤减压阀7时切断压力源。过滤减压阀7出口侧的气源输出管路与压力开关8之间安装有压力开关截止阀。压力开关截止阀与压力开关8的测量接口相连接，用于检修或更换压力开关8时切断压力源。压力开关截止阀的最大承受压力1MPa。

两位三通电磁阀10和控制开关通过电子开关13获得电源。

两位三通电磁阀10采用24V.DC供电，当两位三通电磁阀10的线包得电时，西门子智能阀门定位器12的两路输出气动信号P1、P2通过双通道气动锁紧阀11与双作用气动执行器上、下气缸相连通，双作用气动执行器23由西门子智能阀门定位器12驱动控制。当两位三通电磁阀10的线包失电时气路切断，双通道气动锁紧阀11动作，气路闭锁，双作用气动执行器23因上、下气缸气路封死，维持负载的原有位置，实现断气自锁保护。

双作用气动执行器23的上、下气缸气路之间安装有上下气缸连通截止阀27。上下气缸连通截止阀27连通双作用气动执行器23的上、下气缸气路。上下气缸连通截止阀27的最大承受压力为1MPa，在手动操作双作用气动执行器23时开启，可避免因自锁装置保护导致气动执行器无法实现手动操作。

压力开关8带有压力显示及低限报警输出功能，压力量程为0～1MPa，供电电压为24V.DC。压力开关8的测量气路接在过滤减压阀7的出口管路上，气源6的压力≤0.35MPa时压力开关下限报警输出，接通报警器报警。

输入信号源21将4～20mA.DC电流控制信号送入电子开关13、西门子智能阀门定位器12。输入信号源21的电流信号≤3.2mA.DC时电子开关13的继电器触点断开，两位三通电磁阀10与控制开关同时失电，接通报警器报警。

当双作用气动执行器23接受信号而推杆运动时，气动执行器反馈轴带动转臂18、转轴17、凸轮16运动，在凸轮16上有位置可调整的滑块，凸轮16转动到全关位置，滑块就会触及第一限位开关15，接通报警器报警。凸轮16转动到全开位置，滑块就会触及第二限位开关19，接通报警器报警。

本发明的工作过程如下：

自外部接入0.8～1.0MPa的N2或压缩空气气源6,经气源入口截止阀9进入过滤减压阀7，过滤减压阀7将气源压力过滤减压至0.4～0.6MPa，过滤减压阀7的出口管路分别与压力开关8、西门子智能阀门定位器12的气源压力入口、两位三通电磁阀10的气源入口相连接。两位三通电磁阀10的气源出口与双通道气动锁紧阀11的控制气源入口相连接；西门子智能阀门定位器12的两路输出气动信号经P1、P2分别进入双通道气动锁紧阀11的输入信号接口。双通道气动锁紧阀11的输出信号接口与双作用气动执行器23上、下气缸入口管路相连接。

气压降落保护报警：当经过滤减压阀7减压后的气源压力≤0.35MPa时，压力开关8下限报警输出，接通报警器报警。同时双通道气动锁紧阀11气源压力≤0.35MPa调定值时，双通道气动锁紧阀动作，气路闭锁，通往双作用气动执行器上、下气缸两端的气路切断，气缸上下腔的氮气或压缩空气被封死在上下腔内，从而维持负载的原有位置，实现断气源自锁保护。

断信号保护报警：当输入信号源21连接电子开关13、西门子智能阀门定位器12的4～20mA.DC线路出现断路情况或输入信号源21电流信号<3.2mA.DC时电子开关13的触电断开，两位三通电磁阀10与控制开关同时失电，控制开关报警输出，接通报警器报警。同时两位三通电磁阀失电气路切断，双通道气动锁紧阀实现自锁保位。

断电源保护报警：当电源断电时，两位三通电磁阀10与控制开关失电，控制开关报警输出，接通报警器报警。同时两位三通电磁阀10切换，将双通道气动锁紧阀11的控制气源排空，双通道气动锁紧阀关闭，将通往双作用气动执行器上、下气缸两端的气路切断，维持负载的原有位置，实现了断电源保护。

西门子智能阀门定位器故障状态报警：当西门子智能阀门定位器12因自身故障，造成双作用气动执行器出现全开、全关极限位置时，凸轮16运动触及第一限位开关15或第二限位开关19闭合，接通报警器报警。