炉顶氨水管道用三通球阀的气动控制

    对于采用高压氨水抽吸装煤的焦炉，由回收工序送至焦炉炉顶的循环氨水分为高压氨水和低压氨水，这两种氨水的管道通过三通球阀与桥管上的喷嘴连通。炉顶氨水管道上的三通球阀用来实现高压氨水和低压氨水的转换。三通球阀通常接通低压氨水管道，桥管上喷洒低压氨水用于冷却荒煤气；在装煤操作时，三通球阀接通高压氨水管道，桥管上喷射高压氨水，使上升管和炭化室顶部空间形成一定的吸力，促进荒煤气导入集气管，降低装煤冒烟程度，减少烟尘溢出炉外。因此，三通球阀是焦炉节能减排的设备。

    1 三通球阀现状

    1.1 三通球阀的切换动作

    炉顶氨水管道上的三通球阀由直通式浮动球阀与套筒式止回阀组合而成，型号YQ44F-40，公称压力4.0MPa，用于4.3m焦炉、6m焦炉和7m焦炉的公称通径为25mm，阀长为180mm，用于5.5m捣固焦炉和6.25m捣固焦炉的公称通径为32mm，阀长为210mm。三通球阀切换高压氨水和低压氨水的动作是通过旋转阀杆实现的。三通球阀的切换动作就是将阀杆旋转90°。

    1.2 机械控制与其使用现状

    早期焦炉三通球阀的切换动作由人工操作完成，某些大型焦炉三通球阀的切换动作由切换机构配合炉顶车辆（包括装煤车、消烟车和导烟车等）自动完成，属于机械控制。该切换机构的主体可以近似看作是平面四连杆机构，它能配合炉顶车辆按顺序完成上升管水封盖开闭、水封阀开闭和三通球阀切换的动作。炉顶车辆上的液压缸推动曲柄带动拉杆旋转，能完成三通球阀的切换动作；液压缸停用时，可通过人工操纵手柄来完成。

    三通球阀和切换机构安装在相邻两个上升管的间隙中，切换机构固定在上升管外壁上。焦炉砌筑和上升管安装存在公差，焦炉投产后继续膨胀，使每套切换机构的安装位置变化较大，造成车辆上的液压缸与切换机构对位操作非常困难；切换机构被撞变形后较难维修，这种机械控制方式在许多焦化厂停止使用。因此，寻求其它控制方式是需要解决的问题。

    2 三通阀的气动控制

    除了机械控制，可以选择气动、液压和电气等控制方式，如何选择主要考虑工作环境。三通球阀安装在焦炉炉顶，工作环境粉尘大、有明火、容易溅水。液压控制的液压油易泄露而燃烧，会造成危险事故并污染环境，不宜选用。电气控制抗振性能较弱，与其它导体接触可能造成重大事故，需要隔离保护措施，不宜选用。气动控制不污染环境，具有防火防爆的特点，不需要隔离保护措施，适应三通球阀的工作环境，可以选用。

    2.1 气动控制系统

    采用气动控制时，三通球阀安装在集气管操作台栏杆外侧。现场可见控制设备有气动执行器和气控柜。气动执行器固定在三通球阀上，带限位开关。气控柜挂装于集气管操作台栏杆外侧的立柱上，每5孔炭化室设置一个气控柜。柜体是双层门结构，采用不锈钢制作，防护等级为IP65。气控柜内有过滤器、减压阀、电磁换向阀、调速阀、继电器和旋钮等元件。

    气动控制系统的组成见图1。气动控制系统以储气罐为气源，用电磁换向阀和继电器做控制元件，用气动执行器做执行元件，以中控室为指令部将三通球阀的切换动作融入装煤操作中。工作介质可用压缩空气或氮气，气源压力为0.4～0.7MPa。

图1 气动控制系统的组成

    2.2 控制过程

    中控室按推焦顺序发出动作指令，由继电器控制电磁换向阀使之切换到相应的位置状态，让来自过滤器和减压阀的气体通过。气体经调速阀进入气动执行器，使气动执行器驱动三通球阀完成切换动作。切换动作到位时由限位开关把动作完成信号反馈给中控室，由电磁换向阀把气动执行器内的气体排出，排气后气动执行器处于自由状态。

    2.3 主要元件

    气动执行器属于齿轮齿条式摆动气缸，它通过气缸内压缩气体的体积变化推动活塞带动齿轮齿条机构，将活塞的直线运动转化为齿轮的旋转运动。它的内腔喷涂减小摩擦的材料，延长使用寿命。气动执行器传动平衡，通过方形轴输出扭矩，开闭一次所需时间不超过1s，其限位开关为二线式，单刀双掷。气动执行器为双作用型气缸，配有可拆卸的搬杆，在停气时由人工操纵搬杆完成三通球阀的切换动作。

    电磁换向阀采用三位五通中间位置泄压型，选用双线圈形式，带有可操作的按钮。当线圈出现故障时，用专用工具压下按钮操纵电磁换向阀，使气动执行器动作。气动执行器动作到位时，限位开关向系统发出信号，电磁换向阀的两个线圈同时失电，电磁换向阀处于中间泄压位置，使气动执行器的气孔处于泄压状态。

    继电控制回路上设置就地/远程切换旋钮和操作旋钮。切换旋钮切换到远程状态，系统由中控室控制；切换到就地状态，系统可由操作旋钮控制。操作旋钮设有高压、低压和停止三个位置，分别控制电磁换向阀的三个位置状态，便于人工操作。

    2.4 操作方法

    控制系统有四种操作方法。①三通球阀通常由中控室自动控制；②气控柜上的切换旋钮切换到就地状态，三通球阀由气控柜上的操作旋钮控制；③控制电路有故障时，操纵电磁换向阀控制三通球阀；④控制气路有故障时，直接用气动执行器上的搬杆控制三通球阀。

    2.5 应用情况

    气动控制系统已经应用于鞍钢化工总厂四期技术改造工程、青海盐湖集团金属镁一体化项目和孝义市金岩电力煤化工有限公司6.25m捣固焦炉工程等，在鞍钢已经投入使用且运行正常。

    3 结语

    焦炉炉顶氨水管道上的三通球阀通过气动控制实现自动切换，降低工人劳动强度，提高了焦炉自动化操作水平，为实现焦炉车辆无人化操作奠定基础。气动控制性能可靠，维护简单，使用寿命长，适应炉顶工作环境，值得推广应用。