シェア: 亜鉛めっきラインの過熱水循環システムの技術革新

連続溶融亜鉛めっき製造ラインでは、洗浄セクションで必要な脱塩温水を使用して、帯鋼表面の油汚れや鉄粉を洗浄します。加熱脱塩水は、廃熱回収と蒸気加熱のための過熱水循環システムとの熱交換により生成されます。連続溶融亜鉛めっきラインの過熱水循環システムは、流体力学と熱交換の原理に基づいた省エネ最適化技術を採用しています。システム内の水ポンプ、バルブ、パイプネットワーク、熱交換器、水補給タンクおよびその他のユニットの制御を最適化することにより、閉回路サイクルの過熱水ターミナルの温度が厳密に制御され、流量も厳密に制御され、プロセスパラメータが設定範囲内に制御され、それによって焼鈍炉から放出される熱を吸収し、水を加熱、洗浄および脱塩するという目的を達成します。

1. 過熱水循環システムの処理原理 1.1 処理の流れ

連続溶融亜鉛めっきラインのCGL装置には過熱水循環装置が装備されています。流通の流れは以下の通りです。過熱水循環システムでは、密閉回路過熱水が洗浄部の洗浄脱塩水と熱交換し、約80℃まで温度が下がります。次に、過熱水の圧力はブースターポンプによって 8.5bar まで上昇し、焼鈍炉の冷却セクションと排ガス排出部の熱交換器に輸送され、これら 2 つの領域でガス熱が吸収され、ガス媒体が冷却されます。このとき過熱水の温度は110～125℃まで上昇します。過熱水は熱交換のために洗浄セクションに入る前に、必要に応じて熱を補うために蒸気熱交換器も通過し、過熱水の温度が 120°C 以上になるようにします。過熱水循環システムには膨張タンクが設置されています。減圧されたボトル入り窒素は、タンク内の圧力を 5 ～ 6 bar に維持するために使用されます。洗浄部から戻ってくる過熱水の圧力を安定させ、水を補充してタンク内の液面を維持するために使用されます。過熱水循環システムのプロセスフローが見えます。

1.2 電気制御コンポーネント

このシステムは、シーメンス S7 をコアコントローラーとして使用し、ネットワークを介して ET200 リモートステーションに接続され、現場の圧力信号、温度信号などを収集し、DP カプラーに接続し、G120 周波数変換器に接続してブースターポンプを駆動して循環水の圧力を制御します。

1.3 システムの動作原理

循環水ポンプは2台あり、1台は使用中、もう1台は待機中です。ウォーターポンプの出口における実際の圧力に基づいて、PID閉ループによって制御され、設定圧力に達するようにウォーターポンプの速度が自動的に調整されます。この設定圧力は通常 8.5 bar に設定されます。 2 つの調整弁があり、スプリットレンジ調整を使用して炉冷却セクションと熱交換する過熱水の量を制御し、PID 閉ループ制御を使用してこのセクションの熱交換出口温度を安定に保ちます。 TCV04は蒸気熱交換調整弁で、過熱水温度が120℃以上になるようにPID閉ループ制御自動調整方式も採用しています。 FCV05はバイパスコントロールバルブです。洗浄部の水流量が変化した場合、ポンプ前流量計で検出した実際の流量と設定流量を比較し、過熱水循環システムの要求流量を満たすようにPID自動調整方式によりバルブの開度を制御するバルブです。

1.4 当初の設計の問題点

当初の設計の問題点は、第一に、給水管網が水の量を保証できないことと、給水時に給水管網内の空気が膨張タンクに持ち込まれることである。第二に、膨張タンク内の過熱水は加圧窒素から隔離されておらず、空気窒素は水中である程度の溶解度を有しており、温度が上昇するにつれて溶解度が増加します。過熱水に含まれるガスによる危険性は、第一に実際の過熱水の循環量が減少することです。第二に、水-水熱交換システムが水-ガス熱交換に移行し、熱交換能力が低下し、プロセス要件を満たすことができなくなります。第三に、キャビテーションを引き起こし、ウォーターポンプのインペラに損傷を与える可能性があります。

2. 最適化計画

給水管網には、図に示すように緩衝設備として緩衝装置を備えた貯水槽を追加し、給水量の確保と給水時に持ち込まれる空気の除去を図っている。新しい膨張タンクが追加され、元の水補給ポートと元の膨張タンクの間に配置されます。この新型膨張タンクにはエアバッグが装備されており、補給水はエアバッグ内に入り水と空気を分離します。

2.1 変更後のシステムの動作原理

日常の使用中、貯水タンクは常に一定の水位を維持します。貯水タンクに設置された液面計が水位が設定値より低いことを検知すると、自動的にYV01電磁弁が開き、設定値まで水を補充します。新しい膨張タンクは水-ガス分離タイプで、3 bar まで膨張したブラダーと圧力発信器を備えています。システムの稼働中は、新しい膨張タンクに水が満たされてブラダーが圧迫され、圧力が 5 bar まで押し上げられます。まず、過熱水循環パイプネットワークで過熱水が失われ、元の膨張タンクが水でいっぱいになります。新しい膨張タンクのエアバッグの圧力により、過熱した水パイプに押し込まれます。そして、このプロセスが進行するにつれて、エアバッグ内の圧力が低下します。圧力がしきい値未満になると、水補充装置が水の補充を開始し、新しい膨張タンクを加圧して圧力を 5 bar に戻します。

2.2 制御ソフトウェアの変更

(1) 現行のステップ 7 – では、既存の基盤、つまり水補給システムのプログラムに基づいて、液位センサーと圧力伝送器を追加し、制御ロジックを変更することで、補給中に水補給システムが安定した状態を維持できるようにし、それによって生産要件を満たします。 (2) 変更後のプログラムフローは図のようになります。

2.3 HMI画面の変更

改修後の HMI 画面では、以下の状況が表示されます。まず、貯水タンクを追加し、この貯水タンクの液面は 420 ～ 500mm の範囲に維持されています。第二に、新しい膨張タンクを追加し、水を追加することによって新しい膨張タンクの圧力を高め、それによって膨張タンクの圧力を約５バールに維持する。 3 番目に、画面内の古いシステムと新しいシステムを切り替えるためのワンクリック ボタンを追加します。改修設計・施工にあたっては、新旧システムが独立して稼働することを考慮しました。

3. 結論

過熱水補充システムを変革し、過熱水運転の安定化を図ることで製品の品質向上に貢献します。同時に、膨張タンクの圧力変動により過熱水システム全体の圧力が不安定になるという状況も解決されます。さらに、新たに追加された貯水タンクにより、過熱水システムへのガスの侵入の問題が回避されます。過熱水循環装置を手動で炉頂まで排気する必要がなくなり、作業負荷が軽減されます。また、過熱水補給の操作画面も改良・最適化され、操作性が大幅に向上しました。実際に現場で動作検査を行った結果、すべての機能が良好に動作しています。