武漢永盛科技有限公司

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產(chǎn)品研發(fā)背景

長期以來武鋼集團焦化廠的焦爐碳化室壓力控制技術(shù)一直依托于國外的PROVEN系統(tǒng)來實現(xiàn)，前期投入成本巨大，而且維護起來也非常困難。一旦出現(xiàn)突發(fā)事故，對武鋼焦化廠安全平穩(wěn)生產(chǎn)產(chǎn)生很大影響。

PROVEN控制系統(tǒng)，不僅成本高;而且供貨周期長，在諸多方面也受到制約。為改變這種被動局面，武鋼集團焦化廠于2009年10月正式開始研發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的PCC09碳化室恒壓閉環(huán)控制系統(tǒng)，并與永盛公司達成協(xié)議：于2009年10月正式委托永盛科技有限公司開始設(shè)計該系統(tǒng)的核心執(zhí)行部件——焦化氣動控制單元組合柜。

系統(tǒng)組成及工作原理

1. 裝煤狀態(tài)

裝煤時，狀態(tài)切換閥切換到右位(裝煤位)，此時上升管氣缸動作，關(guān)閉上升管蓋，關(guān)閉快注控制閥，此時活塞氣缸收縮，連桿上升260mm左右的行程。內(nèi)活塞在球面塞不動的情況下上移到極限位置后氣缸繼續(xù)收縮，連桿繼續(xù)上升，連桿通過內(nèi)活塞將整個球面塞拉起，氣缸行程達到0，球面塞達到最高位置。兩個氨水噴頭噴出的氨水迅速流入到集氣管，在固定杯中不形成任何液位，橋管與集氣管的連通通道達到最大，同時橋管的壓力降為-250～-300Pa(隨集氣管的壓力波動)。

裝煤時間，煤灰及荒煤氣被橋管中的負壓吸入集氣管，有效降低灰塵量，改善環(huán)境。裝煤的過程中，橋管壓力在正壓和負壓之間波動。

2. 結(jié)焦狀態(tài)

裝完煤，蓋好爐蓋后，將狀態(tài)切換閥從右位(裝煤位)立即切換至中間(自動)位，活塞氣缸連桿下行首先達到140mm行程，將球面塞落到最低位置，將固定杯口堵上，然后連桿繼續(xù)下行，將內(nèi)活塞下落，最終氣缸連桿行程達到400mm，內(nèi)活塞落到最低位置，將球面塞抵緊。此時系統(tǒng)進入結(jié)焦狀態(tài)。

球面塞和內(nèi)活塞都達到最低位置,此時就開始了結(jié)焦過程。兩個氨水噴頭噴出的氨水開始在固定杯中形成液體，根據(jù)程序?qū)崿F(xiàn)給定的壓力來調(diào)整內(nèi)活塞上下移動。當液體較低時，如低于液位A，此時兩種通道都處于連通狀態(tài)，橋管短時間(正常情況下1～3分鐘左右)內(nèi)會處于一個較大的負壓。隨著氨水的噴灑，固定杯中的液位不斷上升，當達到液位D時，氨水通過A通道流入到回收室中，內(nèi)活塞調(diào)節(jié)的作用效果才開始體現(xiàn)，此時程序控制氣缸收縮，向上拉動內(nèi)活塞將A、B通道慢慢封住，液體繼續(xù)上升，皇冠管下沿與液體的空間或者鋸齒縫被氨水慢慢淹沒，橋管與集氣管之間的荒煤氣通道慢慢變少，橋管受集氣管負壓的影響變小，橋管中的壓力由負壓轉(zhuǎn)變?yōu)檎龎?，直到設(shè)定壓力。隨著結(jié)焦時間延長，荒煤氣發(fā)生量逐漸減少，炭化室設(shè)定壓力逐漸升高，內(nèi)活塞也逐漸上升，閥位值也一直增大，直到結(jié)焦末期閥位值達到64%附近，這時液體達到C位，基本上封住了荒煤氣的通道，準備推焦。

3. 推焦狀態(tài)

當焦炭成熟，需要馬上推焦時，狀態(tài)切換閥由中間(自動位)切換到左位(推焦位)，這時上升管蓋氣缸啟動，打開上升管蓋，快注閥打開，同時活塞氣缸啟動，將活塞桿下伸至極限位置，球面塞將固定杯口關(guān)閉，內(nèi)活塞處與最低位置，氣缸行程達到400mm，限位器理論顯示0%，此時橋管與集氣管之間連通路徑有兩個，一是通過A-B處，經(jīng)過活塞中心的通道向下與集氣管相通;二是“皇冠管”與固定杯之間的間隙。

此時兩個氨水噴頭噴出的氨水量使固定杯中的液位能夠達到液位A，但不能達到液位B，即這時的氨水通過第一條路徑流向集氣管，橋管與集氣管可以通過此時固定杯中的液位面與水平面B之間的“皇冠管”鋸齒縫相連。但推焦過程中要求炭化室與集氣管隔絕，此時，快注控制閥同時打開，大量氨水涌入到固定杯中，使得固定杯中的液位迅速達到C，將A、B兩條通道全部堵死，推焦爐號的橋管與集氣管完全隔絕。橋管通過上升管蓋與大氣相連，此時橋管壓力接近0Pa。

選擇Autodesk Inventor

永盛科技有限公司項目主任設(shè)計師馬翔表示，由于該系統(tǒng)(注：PROVEN控制系統(tǒng))要求氣路高度集成，而且要求與現(xiàn)場的DCS直接關(guān)聯(lián)，所以給我們的設(shè)計工作帶來了極大困難，尤其是如何將數(shù)十個氣路接口集成在一起，這個問題讓我們深深意識到：傳統(tǒng)的二維設(shè)計軟件已經(jīng)很難滿足我們的設(shè)計要求，我們必須在設(shè)計理念上進行突破——必須盡快進入三維設(shè)計領(lǐng)域。

由于設(shè)計前期我們大量的設(shè)計規(guī)劃工作都是用Auto CAD來完成的，所以我們選擇了Autodesk公司的三維CAD工具——Autodesk Inventor軟件。Inventor軟件讓設(shè)計師很好的將前期的二維CAD文件導入到Inventor中，這給我們的設(shè)計工作帶來了極大便利!

在整個設(shè)計過程中，Autodesk Inventor強大的三維設(shè)計功能讓我們獲益匪淺，尤其是軟件中的鈑金設(shè)計環(huán)境、參數(shù)化布管環(huán)境和裝配環(huán)境極大程度降低了我們的工作量和錯誤率。

用Autodesk Inventor進行設(shè)計

氣控柜整體結(jié)構(gòu)圖

整個氣控柜的設(shè)計工作共分三大塊：核心部件閥塊的設(shè)計、布管設(shè)計、箱體鈑金設(shè)計。

1. 閥塊設(shè)計

該部分設(shè)計難點在于如何最大程度將氣路集成到閥體中，并且與外部的ISO型氣動閥很好地關(guān)聯(lián)起來進行動作。為確保關(guān)聯(lián)的準確性，我們采用了Inventor的衍生功能，將多個外部元件的孔位尺寸通過衍生直接與閥塊關(guān)聯(lián)，極大程度保證了設(shè)計的可靠性。此外，閥塊內(nèi)部錯綜復雜的氣路設(shè)計也是一件十分頭疼的事情，Inventor的材質(zhì)透明設(shè)置也讓我們在這個問題上得到了很好地解決。只是可惜如果Inventor能有特征透明功能，內(nèi)部氣路的表現(xiàn)將更加清晰，相信以后的版本會解決這個問題。

2. 管路設(shè)計

Inventor的參數(shù)化布管是一個亮點，他能讓我們輕松準確計算出每根管子的折彎尺寸，給我們后期布管帶來方便：我們通過明細欄能計算出每個管路所需不銹鋼硬管的長度，減少了材料的浪費。此外利用工程圖將每根管路的折彎尺寸標注出來交給彎管工人，給他們的工作帶來極大便利。

3. 箱體鈑金設(shè)計

由于氣控柜的箱體設(shè)計必須與閥體、管路進行配合，并且直接影響到布管質(zhì)量和產(chǎn)品美觀，所以設(shè)計時我們也經(jīng)過了多次探討，好在Inventor的鈑金設(shè)計功能十分強大，利用零件衍生可很好解決上述問題。

項目評價

“隨著三維CAD技術(shù)的逐漸普及，我公司逐步將原有的設(shè)計進行三維化升級，我們選擇了Autodesk Inventor，并堅信這一選擇是正確的，也希望Inventor能越來越完美，幫助企業(yè)在技術(shù)上能夠不斷創(chuàng)新。” 永盛科技有限公司項目主任設(shè)計師馬翔評價道。

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