在連續熱鍍鋅生產線中，清洗段需要熱脫鹽水用于清洗帶鋼表面的油污和鐵粉[1]。熱脫鹽水采用與余熱回收及蒸汽加熱的過熱水循環系統換熱制取。馬鋼（合肥）板材有限責任公司連續熱鍍鋅線過熱水循環系統采用節能優化技術，根據流體力學與熱交換原理，通過對系統中水泵、閥門與管網、換熱器、補水罐等單元進行優化控制，將閉路循環的過熱水終端的溫度、流量和工藝參數嚴格控制在設定的區間內，達到吸收退火爐排放的熱量并加熱清洗脫鹽水的目的。

1.   過熱水循環系統的工藝原理

1.1   工藝流程

連續熱鍍鋅線CGL機組過熱水循環系統循環流程：過熱水循環系統中閉路循環的過熱水與清洗段清洗脫鹽水換熱后溫度下降到80 ℃左右，通過增壓泵將過熱水水壓提升到8.5 bar后，輸送到退火爐冷卻段及廢氣排放的熱交換器，吸收這兩個區域的氣體熱量并使氣體介質冷卻，過熱水溫度會上升到110~125 ℃。過熱水在進入清洗段換熱前，過熱水還會經過一個蒸氣換熱器，根據需要補充熱量，確保過熱水溫度高于120 ℃。在過熱水循環系統中還配置了一臺膨脹罐，使用減壓后的瓶裝氮氣保持罐內壓力在5~6 bar，以穩定從清洗段回來的過熱水壓力，并通過補水以保持罐內液位。過熱水循環系統工藝流程見圖1。

1.2   電氣控制組成

本系統采用西門子S7-400PLC作為核心控制器。通過Profibus網絡分別連接ET200遠程站，采集現場壓力和溫度等信號；連接DP耦合器，連接G120變頻器，來驅動增壓泵進行循環水壓力控制。

1.3   系統工作原理

兩臺循環水泵一用一備，根據水泵出口的實際壓力通過PID閉環控制，自動調節水泵的轉速達到設定壓力（一般設置為8.5 bar）。FCV03A、FCV03B兩個調節閥使用分程調節方式，控制與爐子冷卻段換熱的過熱水水量，并使用PID閉環控制使此段換熱出口溫度穩定。TCV04為蒸汽換熱調節閥，也使用PID閉環控制自動調節方式，保證過熱水溫度超過120 ℃。FCV05則是一個旁通調節閥，當清洗段用水流量變化時，此閥門根據泵前的流量計檢測的實際流量與設定流量比較，通過PID自動調節方式控制閥門的開口度，以滿足過熱水循環系統的流量要求。

1.4   原設計存在的問題

原設計存在的問題：（1）補水管網不能保證水量，補水時會將補水管網中的空氣帶入膨脹罐；（2）膨脹罐內過熱水和加壓的氮氣不隔離，空氣氮氣在水中有一定的溶解度，并隨著溫度升高而增加。過熱水中含有氣體的危害：一是使實際循環的過熱水水量降低；二是會使水水換熱系統向水氣換熱變化，造成換熱能力降低，不能滿足工藝要求；三是會產生氣蝕，損壞水泵葉輪。

2.   優化方案

如圖2所示，在補水管網中增加儲水罐作為緩沖，以保證補水量，去除補水時帶來的空氣；增加新膨脹罐，設置于原補水口與原膨脹罐之間，新膨脹罐配有氣囊，補水進入囊中，使水氣分離。

2.1   改造后系統工作原理

在日常使用時，儲水罐一直保持一定水位，當儲水罐上安裝的液位計檢測到水位低于設定值時會自動開啟YV01電磁閥加水至設定值。圖2中的新膨脹罐是水氣分離的，配有一個充氣到3 bar的氣囊并裝有一個壓力變送器。在系統運行時，新膨脹罐里面會充入水擠壓氣囊使壓力達到5 bar。隨著過熱水循環管網中過熱水損耗，原膨脹罐的滿罐水會在新膨脹罐氣囊壓力下擠進過熱水管道，在此過程中氣囊內壓力會減小，當壓力小于閥值時，會啟動補水向新膨脹罐中補水加壓使之壓力回到5 bar。

2.2   控制軟件修改

（1）根據當前Step7-400PLC，在原補水系統程序的基礎上增加一個液位傳感器和一個壓力變送器，修改控制邏輯，使補水系統補水穩定，滿足生產需求。（2）修改后的程序流程如圖3所示。

2.3   HMI畫面修改

改造后的HMI畫面如圖4所示：（1）增加儲水罐，儲水罐液位始終保持在420~500 mm；（2）增加新膨脹罐，新膨脹罐壓力由補水增加壓力，將膨脹罐壓力保持在5 bar左右；（3）在畫面添加一鍵切換新老系統按鈕（在改造設計及施工時，已考慮新舊系統均可獨立運行）。

3.   結束語

通過對過熱水補水系統的改造，實現了過熱水運行的穩定性，有助于提高產品質量；同時，解決了膨脹罐壓力波動大影響整個過熱水系統壓力穩定的問題。此外，新增的儲水罐解決了氣體進入過熱水系統的問題，無需手動去爐頂對過熱水循環系統進行排氣，減輕了工作強度。另外，過熱水補水操作畫面修改等優化改造，大大提高了操作的便捷性。經過實際操作驗證，各項功能運行良好。

文章來源——金屬世界