德士古水煤浆气化装置的特殊调节回路.docx

德士古水煤浆气化装置的特殊调节回路3 s2 ! P$ QV8 _5 U: w3 t& s一、 氧气流量调节 F3 / p8 B/ ?0 f! H H% K氧煤化比（O/C）控制) F7 f/ V3 h, L/ P/ UWH煤气化装置气化炉主要操作参数：压力6.5MPa(G),温度13001500,所用原料为约65%浓度的水煤浆和98%99.5%纯度的氧气。水煤浆和两路氧气经三流喷嘴喷入炉内进行有控制的不完全燃烧，产生H2、CO、CO2、CH4及其他气体。气化的目的是要尽量提高合成气中H2+CO的百分含量，这就必须控制氧/煤比（O/C），使O/C的比值较低。但O/C的比值较低时，气化炉的炉温较低，煤渣的流动性差，易堵塞气化炉的排渣口及下降管，不利于气化炉长期连续运转。O/C的比值较高时，炉温高，炉内耐火砖加快熔蚀，气化炉的运行寿命受到影响。所以生产中必须根据煤种、氧气纯度和气化炉情况，控制最佳的O/C比1 O2 8 e+ ?) vK气化炉O/C比控制系统由工艺专利商设计，在DCS系统上自动完成。在操作站CRT上设定O/C比和生产负荷量等数值，可自动控制水煤浆和氧气流量。在开车和运行初期，可分别用手动控制，也可分别对煤浆和氧气自动控制回路进行单独控制。# Y# 1 ?) n1 7 P$ I% x5 e7 u, v4 2 5 l9 TU i. T8 Y, w5 O/C比控制系统原理图参见图11-1-2：) d- I& Q4 Q6 m氧气8 q* C; , G( D3 ?7 R& k $ H3 d# 6 z; h$ R9 U, M& Z OSP17 B0 A7 H8 C$ j E4 c OM OMP+ 0 $ Q+ # C& i0 $ Y OSP! V. ; f1 I; P4 0 O/C设定工程单位调整 KI! o6 g, s0 K6 ?6 r! KOSP25 4 j1 Q R, : S CSSP SSS1 + G$ t$ X( d& P; j; BDSSP ; M- 1 H3 a+ 生产负荷 速度限幅 DSSP: d/ _! D! . 5 m设定 SSP6 R u1 X7 Y; v SMM# E1 d9 v- F3 g9 T水煤浆 $ G& 5 Z5 t. j7 H f: LP( y& v- _3 |由图11-1-2可见，气化炉氧煤比（O/C）控制系统包括：4 s% s9 L; F; |& M( C8 k B 煤浆流量调节回路，含煤浆流量测量、中值选择、流量调节三个环节；8 f9 i7 j. B; d* b Q5 m 氧气流量调节回路，含氧气流量测量、温度压力补偿、氧气纯度校正、流量调节四个环节；$ S# r% E+ S+ * b# . b2 i/ n 氧煤比交叉耦合调节回路；7 Xu+ t/ Y+ y& ( m5 J9 Gy 负荷控制和交叉限幅选择调节回路。5 ?9 $ K) x8 f2 |4 y( v+ Z以下分别说明各个调节回路。4 l S$ U! G4 d（1） 煤浆流量调节回路 参阅图11-1-2煤浆管线部 分。煤浆流量采用两台不同口径的电磁流量计测量，煤浆泵转速也折算成煤浆流量值，三个煤浆流量值输入中值选择器，在DCS中作中值选择，选择其中间值。选 中的流量信号为SMM，输入煤浆流量控制器，与煤浆设定值比较，按PID规律输出调节信号至煤浆计量泵调速电机控制器（VVVF），调节煤浆泵电机转速， 从而调节进气化炉的煤浆流量。( S l8 l- - N( b5 O3 G! N& X（2） 氧气流量调节回路 参阅图11-1-2氧气进料管线部分，在氧气管线上，氧气流量用孔板流量剂测量，同时测量氧气温度和压力，在DCS中经温度和压力补偿后得到氧气测量值为 OM。OSP1为氧气纯度设定系数，按当时生产的氧气纯度给出。经氧气纯度校正后的氧气最终测量值为OMP，它作为氧气流量控制器的测量值输入，与设定值 比较，按PID规律调节进气化炉的氧气流量。4 h5 jo6 y+ q; o- |3 9 w! N: 9 （3） 氧煤比交叉耦合调节回路 氧煤比交叉耦合调节回路是通过氧气和煤浆远程给定，使煤浆和氧气流量两个单参数调节回路耦合起来，交叉控制，组成交叉耦合控制系统。原理图参见图11-1-2。9 z! u8 A D; LO/C比控制系统涉及到的主要量为：* N: ?2 e+ # a% R+ z1 bSMM经中值选择后的煤浆流量；( X2 $ H% # eDSSP煤浆负荷设定信号，也就是气化炉负荷设定信号；: y7 m9 s # $ M; D# T T: z3 L- N) SSSS由煤浆量SMM与负荷设定信号DSSP在低选器中比较后所选中的值，它作为氧气比例计算乘法器（比值器）的输入值；# d/ K6 B5 n( f9 nOSP2O/C比设定值；6 S4 b. R) B8 dK1O/C比经工程单位调整后的数值；$ Q4 y7 i# _2 R% t4 uOSP氧气控制回路远程设定值，它是K1和SSS经乘法器计算后的值；+ S: E8 c9 M% w% wOMP温压补偿后又经氧气纯度校正的氧气流量；2 x* V w4 G9 J0 9 X9 ACSSP煤浆控制回路远程设定值，它是K1和OMP经除法器计算后的值；3 e n* d; I8 b) k( l% & t8 y) RSSP煤浆控制回路远程设定值CSSP与负荷设定信号DSSP在高选器中比较后所选中的值，它作为煤浆控制调节器的远程设定值。, |: s. _$ u$ _+ ( sO/C比设定值在DCS操作站的遥控器上手动给出，其值标为OSP2。OSP2经工程单位调整后为K1，它分为2路，分别输入乘法器和除法器，去控制煤浆流量和氧气流量。/ ; Z. A- e% R! uO/C比控制实质是一个煤浆和氧气的比率调节回路，其中煤浆流量是基准值，氧气流量是随动的，所需氧气流量的设定值由煤浆流量经O/C比的数值经计算后得出，去氧气调节器自动控制氧气流量，从而实现O/C比控制。+ f6 U% L8 _) p0 T, A0 w$ （4） 负荷控制和交叉限幅选择调节回路 气化炉的负荷控制在DCS上设手动负荷控制器，可控制负荷范围内为0100%。为避免过大的生产负荷扰动，设限幅器，限制负荷升降速率在一定的范围内。 同时，设立交叉限幅控制。交叉限幅控制是典型的燃烧控制系统，负荷提高时，首先提高煤浆流量，然后提高氧气流量；负荷降低时首先降低氧气流量，然后降低煤 浆流量，这是通过高、低选择器实现的。在煤浆流量控制回路远程设定值信号线上加高选器，使由氧气量计算所得的设定值CSSP与负荷设定值DSSP相比较， 选其高者作为煤浆流量控制回路最终远程设定值SSP。在氧气流量控制回路远程设定值信号线上加低选器，使煤浆量中值选择所得的设定值SMM与负荷设定值 DSSP相比较，选其低者作为氧气流量控制回路最终远程设定值OSP。这样，负荷设定值DSSP提高时，将首先提高煤浆流量；负荷设定值DSSP降低时， 将首先降低氧气流量。w$ G# K3 u1 X* Z9 ?交叉限幅控制是一种安全控制措施。$ N0 |8 N 5 i4 Y2 B（5） 使用情况 尽管O/C自动控制回路设计合理，在日本UBE氨厂有使用经验，但我国几个煤气化装置尚无一家实现O/C自动控制。4 F b* L/ _. B a+ 二、 气化炉、碳洗塔液位测量和控制; X% sd2 f# yV b1 气化炉液位测量& N G. e8 F& P+ s气化炉液位测量就是气化炉激冷室液位测量。气化过程的融渣和气化气通过激冷室的水使高达13001500以上的物料激冷至约250，融渣经激冷变成 细渣，通过下降管和锁渣阀到达锁渣罐，气化气通过环隙和挡板送出气化炉。气化炉激冷室要保持一定的液位，才能使高温融渣和气化气激冷下来。所以气化炉激冷 室液位是非常重要的，它参与气化炉安全联锁系统，当液位低低时气化炉系列联锁停车。4 B# G1 _1 u0 t$ c% T3 j- v* H因为激冷室液位的重要，故设置双重远传液位计，后来的HN煤气化装置更增加至三重液位计，且在就地设有显示仪表，以便现场随时观察。WH煤气化装置激冷室液位变送器位号为LT-03，LT-04。LT-03选用浮筒式液位变送器，LT-04选用双法兰式液位变送器。/ s s$ X4 q/ _( g1 Y% P) gWH煤气化装置液位计运行中各有所长，浮筒液位计较灵敏，但值波动较大。双法兰差压变送器示值较稳定，但不太灵敏。操作时，参照具体情况决定采用哪一台液位计的示值。1 O/ I8 T8 W4 c( e* Q h+ E 由于激冷室黑水中含有较多灰渣，极易堵塞，且设计温度和设计压力较高，水中溶解的无机盐也很高，工程设计中采用在双法兰变送器正负压室用密封水吹扫的方 法，一方面吹扫掉灰渣，另一方面降温。但原设计是间断吹扫密封水，使双法兰测量膜盒受热损坏。浮筒液位计虽然没有损坏，但浮筒上沉淀一层碳酸钙类的东西， 使示值不太准确。4 $ O2 S1 & v3 f7 l2 气化炉液位调节4 D* 0 R4 o4 m( _, w气化炉激冷室液位测量是为了自动调节液位，使液位保持于操作设定值。上面谈到激冷室液位低低会引起气化炉联锁停车，液位高也不行，会使气化气中容易带水， 所以要求将激冷室液位控制在一定的范围内，一般在4050%。为此，WH和HN设计了激冷室液位串级调节系统，或均匀调节系统，即采用激冷室液位串级调 节激冷室排出黑水量。激冷室液位的两台测量仪表LT-03，LT-04信号输入选择器LY-05，选择较准确者用于液位控制器LICA-05的输入信号。 经PID运算，输出控制信号去激冷室黑水排出流量控制器FICA-12，作为设定值。流量控制器FICA-12自动控制两个调节阀FV-12-1，FV- 12-2，两个阀门用 手动选择一个或两个。由于激冷室底部黑水含灰渣量较多，这两个调节阀除常规接收流量控制器控制信号，还定时接收一个脉冲信号，使调节阀定期打开一定开度， 保持一个时间间隔以排放灰渣。调节阀脉冲设定的时间、高度和时间间隔根据操作运行情况在DCS上可调。从调节原理看，此调节系统也可认为是均匀调节系统， 可以通过液位调节器LICA-05和流量调节器FICA-12的PID参数的调整，使流量调节回路的调节质量高一些，液位调节回路的调节质量低一些，从而兼顾液位和流量调节质量。6 z8 Y# a2 o: _ R, p/ b4 U- t3 碳洗塔液位测量和调节3 Z2 S+ O p, E/ 7 T8 ; 6 m) Q/ e碳洗塔液位测量和调节和气化炉激冷室液位测量和调节相似，但相对要简单，都是单台仪表、单参数、单台调节阀。WH碳洗塔液位测量选用浮筒液位计，技术规格如下：1 e0 Z. y6 * vx# F仪表型式 浮筒式液位变送器3 I N/ V( z0 V! n/ z* n型式 扭力管式# |! 4 z7 G% R) y0 / f8 X量程 2500mm0 m: s* R: 3 _浮筒室材质 ASTM A351 Gr-CF3M K* L9 P nl a/ D& ?浮子材质 316L TP. t 6 0 Qn+ 6 j5 Z扭力管材质 INCONEL |9 M. R. s& d5 u3 x$ U- C附件 另外带就地显示液位指示值（电流表），安全栅等. K F- _; 5 W, H碳洗塔液位是单参数调节，但碳洗塔底部设有两条排放管线，碳洗塔液位仅调节靠上部的一路，另一路在碳洗塔底部由流量FIC-04定值调节灰渣的排放。由于FIC-04管线中所含灰渣量更多，流量计和调节阀工作条件更加恶劣，将在下面两节介绍。7 p; G# q! y. y* h+ z$ 4 气化炉和碳洗塔液位计的使用和改进& Y5 H) Q3 ?* s/ c& X! J+ D1 T/ ULN煤气化装置采用两台法兰式差压变送器，一台气动式，一台电动型。5 U P% o4 c2 C+ V: N( z. ) ! eSHH水煤浆气化装置在浮筒室安装双法兰差压变送器测量激冷室液位，用的效果较好。+ X) e. ) 1 t; # k6 PNH煤气化装置激冷室液位采用两台浮筒式液位计和一台双法兰液位计，使用情况良好。联锁关系也修改成3取2，WH是2取1。3取2更加合理。# L |# 6 N: V; v5 C7 C* L目前看，采用双法兰 差压变送器式液位计测量激冷室和碳洗塔液位更受欢迎，WH煤气化装置已经修改过了。首先，双法兰液位计价格约是浮筒式液位计价格的一半；其二，因为浮筒液 位计的浮筒挂灰是不可防的，而法兰密封膜片可以选用可耐受较高温度（250）的双法兰差压变送器，而且用连续吹扫密封水降温和清扫解决，安装和维修也易 于进行。但消耗密封水，故其生产运行成本稍高。( E3 _/ F) L8 y7 c. D& Y, R采用SHH煤气化装置浮筒式安装双法兰液位计效果应该更好，在浮筒室上法兰处冲水，冷却双法兰液位计的上法兰，水通过浮筒室由下面斜管将灰渣冲入激冷室，也保护了下法兰。这样，兼顾了两种液位计的优点。0 S+ S8 5 W9 c1 就地用电流表显示液位值看来没有什么必要，操作人员并不看它，反而增加投资，还要考虑电流表防暴、安装等问题。采用三台液位计也没有什么必要，目前，并没有因为激冷室液位引起联锁或误操作。) C - x, t3 q8 v! t7 v4 G三、 气化装置APC8 4 P, Y% uT7 b6 L3 % Z( i U气化装置APC即气化装置的优化控制系统，是先进的过程控制Advanced Process Control的缩写，它是专家系统。日本UBE公司在承包的WH工程中将宇部氨厂开发的水煤浆气化装置优化控制系统引入工程中。优化控制系统是非常规控 制，DCS完成不了，它是在线计算机控制系统。它与DCS之间通过计算机接口进行数据通讯，它收集相关数据，经运算并与专家系统数据对比，判断装置运行状 态，给出操作指导信息。进一步，可以发出改变某些常规控制回路的设定值或参数。WH厂当时选用横河公司的YEWCOM530计算机，通过串行接口与DCS 相连。运行的软件由UBE公司编制，称作UBE STEP。输入输出UBE STEP的数据在PID图上标明，主要有：. W9 : K+ D; ; o. a 水煤浆流量；6 h1 c+ f5 O) i! V# c; R; c- 8 G 煤浆泵转速； 5 8 ! 0 K9 G$ i 氧气总管流量、温度； Z: P) g m. M1 h2 d. & X 气化炉氧气流量；: w* A. Z: 4 P6 K 气化炉压力；4 v( S, T5 m2 ( MM 气化炉内温度；% N4 U0 d% h# v& T- v 碳洗塔顶气化气流量；7 5 z4 s! 9 h4 ; e2 O& 碳洗塔顶气化气压力；9 a0 I5 o ?/ b6 k& |u 碳洗塔顶气化气温度；$ g+ w$ X9 0 W# | 碳洗塔顶气化气成分CO，CO2，H2和CH4含量；6 5 z/ d 1 S& L/ G! h0 f 烧嘴冷却水烧嘴后流量；: $ p. q9 U9 e 烧嘴冷却水烧嘴后温度。* D3 LG6 4 e: Q3 U! # 由于种种原因，这套系统没有投入使用，只在开车时采集了一些试验数据。7 S% Mt0 J4 V- p四、 锁渣罐排渣程序控制系统6 f8 g8 Z: u Q+ V9 Q煤气化过程排渣是间断的，定时程序排放。锁渣罐工艺系统包括锁渣罐、锁渣闪蒸罐、渣池、锁渣罐循环水泵、程控阀和相应的仪表组成。锁渣罐在气化炉的下部，之间用管道和两个切断阀相连。锁渣罐到渣池之间用一个切断阀相连。在大部分时间里，锁渣罐上部的锁渣阀是长开的，气化炉燃烧后形成的灰渣连续的落入锁渣罐中。到一个预定的时间，则启动一个排渣程序，将煤渣排出，这就是锁渣罐排渣程序控制。! + ?4 a5 o# | y l6 O+ r程序分5个过程，共14步。过程如下。4 ) 9 D. C p1 U) ad% 减压过程 开始时，首先关闭锁渣罐入口阀，打开减压阀，锁渣罐压力降到0.28MPa（G）。+ I3 r0 I: j8 ?$ X. z 冲洗管道过程 冲洗阀打开，冲洗锁渣罐入口阀以下管道，将灰渣冲洗至锁渣罐，此过程时间较短，由计时器定时，然后关闭减压阀和冲洗阀。5 q 0 ! X) Z 排渣过程 完成上述过程后，打开冲洗水阀，冲洗水由锁渣罐冲洗水槽冲入锁渣罐，同时，打开锁渣罐出口阀，将灰渣冲入渣池。5min后，渣池粗渣阀打开，粗渣由传送皮 带送入粗渣槽。这是主要过程，一直继续到锁渣罐冲洗水槽液位低报警，冲洗水阀关闭，然后计时器令锁渣罐出口阀关闭。冲洗水阀关闭后，锁渣罐与冲洗水槽断 开，对冲洗水槽补充水。排渣过程到此为止。5 X* n* b3 v 9 L 升压过程 冲洗水阀关闭后，锁渣罐开始加压。加压是通过打开加压阀进行的。锁渣罐压力由压力变送器检测，当压力上升到与气化炉出口压力差为0.18MPa（G）时，升压过程结束，加压阀关闭。 q! 8 WP i: R# B$ d; b4 U 灰渣收集过程 加压阀关闭的同时打开锁渣罐入口阀，灰渣由气化炉的激冷室通过锁渣罐入口阀收集到锁渣罐中，开始较长时间的渣收集过程。在此过程中，循环水泵入口阀打开， 锁渣罐一部分灰水通过循环水泵返回激冷室。灰渣收集过程结束。计时器自动使程序再次循环，周而复始。6 6 T, L s- Ew# G a 程序运行开关 程序设立三位开关，可选择“运行”、“保持”和“排渣”过程，用于手动控制程序的进行，并设复位开关，使各个开关处于初始位置。& g: b5 Q Y n2 n( t 锁渣阀 锁渣阀是气化系统最重要的阀门，每台炉三个：气化炉下部与锁渣罐相连的管道上两个（上面一个常开，以备下面的锁渣阀故障时使用）；锁渣罐排放口一个。它们参加排渣程序控制，发生故障时，会启动联锁停车系统。它们耐受高温、高压和灰渣的直接磨蚀，开关次数频繁，要求在高压差情况下，双向严密密封，对阀门结构和材质要求很高，世界上生产此种阀门的厂商不多，国内几个水煤浆气化装置皆选用芬兰耐莱斯（NELES）双向密封球阀，使用效果尚可，但价格很高，维修不易，必须由耐莱斯（NELES）公司技术人员现场维修。WH厂3个锁渣阀的主要技术数据如下：) f , j8 W- A2 . y: z5 y. # f0 l; L; j9 FN2 f位号 XV-08（常开上阀） XV-09（上阀） SV-10（下阀） R L, 4 |; & G, B最大工作压力 7.0MPa(A) 7.0MPa(A) 7.0MPa(A)! 9 a, z2 D- I最高工作温度 270 270 270% Z4 D- z; v8 T2 c8 n, I3 P& W操作压差 0.34MPa 0.34MPa 0.34MPa/ a/ e& j! c8 w4 w关断最大压差 7.0MPa 7.0MPa 7.0MPa6 d& E( Z6 cg9 J( H工艺管道 14 14 12B( _4 * b l/ R1 k阀门型式 双向密封球阀 双向密封球阀 双向密封球阀1 g% R# V: g2 b0 I5 & y阀门口径 14 14 14: Y r( X( v* n流量特性 开关 开关 开关# . K3 B, W8 B; A阀体材质 ASTM A216 WCB( U, Q 1 K% # S- T球芯，密封 不锈钢，表面斯太莱合金涂层（大于40m）9 X- q0 o2 D- A& w泄露等级 ANSI Class ANSI Class ANSI Class ! 7 d$ X. a6 & y9 g# & D6 o法兰压力等级 ANSI 600 14RF ANSI 600 14RF ANSI 600 14RF7 D# gO8 v0 i! S/ 执行机构 双汽缸式，FC（气源故障关）4 J+ p! X, h1 O: N附件 上下限开关，电气阀门定位器，电磁阀等# c # ?+ s* U储气罐 500L! F* C3 P/ o4 U6 U带单向阀等 500L2 X9 f* R# x) t; n带单向阀等 500L$ L( z/ y* t0 * k5 S, B1 ? q带单向阀等$ / p- d# F& w/ c% v质量 2085kg) o+ P1 L1 |3 * C锁渣阀已经在SHH水煤浆气化装置作国产化试验，是温州中德集团有限公司的气动O形切断球阀，2001年初开始试验，至2001年6月初经100多天的试运行，初步效果尚好。8 M! L6 D6 I1 v ?. m 粗渣阀 粗渣阀是指安装于捞渣池侧面定期向灰渣皮带输送机排粗渣的蝶阀，上下两个，参加气化炉灰渣程序控制。在锁渣罐排渣程序中，两个粗渣阀关闭，在锁渣罐收集渣 的过程中，两个粗渣阀打开，粗渣和水溢流至皮带上带走。此两个蝶阀安装位置低下，工作环境恶劣，需加长阀杆的高温耐磨蝶阀，经特殊设计和开发应能在国内制 造。! r) 9 B: z* z 锁渣过程时间顺序 每个水煤浆气化装置因原料煤不同，锁渣过程时间不同，但大致时间安排是31min。时间顺序安排为0 Z% v. o, p3 5 G减压过程 由锁渣罐压力决定7 w8 k- g9 P3 o2 B6 R0 p升压过程 40s: Y9 j# $ f, / G冲洗管道过程 15s+ Q2 b1 : m, - j灰渣收集过程 28min. u; i% % x) t r排渣过程 90s6 L6 K, p1 |9 L, # O% M2 F参与锁渣程序的自动切换阀门的位置开关也参与程序控制，当阀门开或关时，输出开关信号之后15s阀门位置回讯信号没有收到，则程序认为此阀门故障，自动停止锁渣程序的运行。; V8 N( z% D j$ r4 S锁渣程序在DCS上编程和运行，以上时间顺序的值可以根据实际情况修改。程序可以在任意过程中止和重新运行，可以保持某个过程，也可以此头开始运行程序& U - P+ 1 P i) A五、 烧嘴冷却水安全联锁系统0 E; 8 W3 2 o, + T1 烧嘴冷却水安全联锁系统的作用! H- i; K5 Y) a6 W烧嘴冷却水安全联锁系统是触发气化炉安全联锁系统的因素之一。1 _1 s8 w# p1 X: j, k9 n由于水煤浆烧嘴工作时要承 受1000以上的高温，设计了冷却水盘管，缠绕在烧嘴上以降温。另外当烧嘴冷却水系统故障时，要联锁气化炉紧急停车，并且要切断冷却水，不使水流入气化 炉，避免气化炉及其炉砖的损坏，并且阻断较高压力的气化气进入烧嘴冷却水系统。所以，烧嘴冷却水安全联锁系统的作用是：( ?* X; k DE# R! V 8 q( / c 触发气化炉联锁紧急停车，使气化炉系列安全停车；9 w6 H- c2 j q- s 切断冷却水系统，保护气化炉及炉砖，且阻断气化气进入冷却水系统。( b G; M1 I* L, Q* r# ?+ u2 烧嘴冷却水安全联锁系统的触发因素4 M3 b$ x m) c$ _. T 烧嘴冷却水分管流量低低；9 0 $ A/ v, p4 m6 L/ p 烧嘴冷却水分管入口压力高高；$ c2 y- A, u/ & S) H5 e) H, , n% Y 烧嘴冷却水分管入口温度高高。2 _: q2 u5 s: R5 r9 l$ n# L+ s. o另外，烧嘴冷却水系统停车受事故冷却水联锁系统影响，当： O4 + q+ J. A- + L$ e* 烧嘴冷却水总管压力低低；, - m! Y2 L5 P9 |) R: q& v/ N 烧嘴冷却水总管储槽液位低低（两台烧嘴冷却水泵故障）。. E& p/ j* 9 c2 i0 D$ r$ Z触发事故冷却水自动切断阀动作，作为烧嘴冷却水安全联锁系统触发因素。- |v( r1 Q0 |3 此外在烧嘴冷却水系统还设计了冷却水烧嘴后管线的流量测量，以作为烧嘴前冷却水流量的对比，它的值偏离正常值时，发出高 低报警。在下游的烧嘴冷却水气体分离器上安装有CO气体检测器，当烧嘴上的冷却水盘管局部烧穿时，气化气会进入冷却水，在气体分离器处会检测到CO含量增 加，发出高报警。 s8 8 n 3 q$ X+ p# F3 烧嘴冷却水安全联锁系统的动作 C4 E9 W( Q9 E# : Y烧嘴冷却水安全联锁系统触发后，立即关闭烧嘴冷却水管线烧嘴上下游切断阀，使冷却水管线与气化气系统隔离，并触发气化炉紧急停车系统，使气化炉联锁自动停车。 |_! T; t* u( c) . X7 R* l; 4 烧嘴冷却水安全联锁系统的使用I- b. d: E: j3 d国内几个水煤浆气化装置烧嘴冷却水联锁系统运行不存在问题，只是冷却水气体分离器上的CO气体检测仪表，有的工厂开的不好。c4 % U; v; U, a, k六、 气化炉压力、压差测量和调节0 o5 X2 Y, e B 0 p1 气化炉压力测量! O8 w Z Q; o$ Y# 在德士古水煤浆气化工艺 1995年前建设的3个国内煤气化装置中，气化炉压力测量设计在气化炉拱顶，专门开一个2的法兰接管，以高压氮气吹扫，引出4个取压口，分别安装：气化 炉压力变送器、气化炉压力就地指示压力表、气化炉与煤浆进料管线压差（即烧嘴压差）双法兰变送器和气化炉与激冷室出口气化气管线压差（即气化炉压差）。实 际使用中，由于燃烧的气化气回流比较严重， 的高压氮吹扫不足以抵抗，经常使拱顶压力取压管口附近炉壁表面温度超限，金属外壁甚至变成暗红色，威胁到气化炉安全。所以，各厂先后将取压口改至炉内电 热偶附近，甚至就用一个电热偶口。取消就地指示压力表，其他压差指示用DCS内部仪表相减得到。后来建设的HN水煤浆气化装置气化炉压力测量直接在下部热 电偶平面增加一个取压接口。8 g! 9 z4 H; k3 G. d/ c; T2 气化炉压差测量7 H$ v& MA; E2 - Q1 A0 此处气化炉压差测量包括气化炉与激冷室气化气出口压差和气化炉与煤浆进料管线压差，前者其实主要是测量下降管堵塞程度，后者测量烧嘴堵塞程度，此两个压差皆参与联锁。上节已述，原设计气化炉压力和压差在气化炉拱顶取压，后改为由热电偶口取压。* P( e c+ n- M8 m3 气化炉压力调节0 ?/ O% J& z U$ Y! M气化炉压力调节并非由气化炉炉内压力作调节参数，而是用碳洗塔顶气化气出口压力作参数。在WH煤气化装置，气化炉炉内压力仪表位号是PT-04，而碳洗塔 顶压力位号为PT-11。通过碳洗塔顶压力的自动调节来保持气化炉压力恒定。碳洗塔顶压力参与联锁，压力低低时自动触发气化炉联锁系统，使气化炉停车。$ V2 Z- Y K/ u碳洗塔顶压力调节阀设计在去放空至火炬的24管线上，主要在开车阶段自动调节气化炉压力，直至将合格的气化气送入变换工段。在调节阀前安装有马达阀，以便在开车成功后正常运行时切断至火炬的管线。马达阀是手动操作的，与碳洗塔顶压力调节配合操作。6 ! y6 _, Q8 r& 4 ; A* n/ e6 V4、煤气化装置DCS系统I/O点数, t! b6 5 $ f( - n J# j以WH煤气化装置为例，DCS系统I/O点数如下（3台炉）：# wf: K$ B5 M5 q0 k 项目 气化装置 变换 空分装置 合计4 j) o* U- F$ t/ K, R3 D 热电偶 54 26 80 2 V% b/ l- PI. t 热电阻 65 8 73 + p4 |! D9 e2 e0 e 模拟输入420mA 194 20 160 374 . i$ I9 O3 u1 e( j 模拟输出420mA 74 18 33 125 9 x9 6 v, F, F6 C; M 手动输出420mA 12 4 16 N- L2 DJ j- 0 A, s 开关输入 140 4 177 321 3 D7 o1 o1 n# S0 4 Q 开关输出 84 1 159 244 % X% N0 P/ j: K以上不包括公用工程量，也不包括与电气MCC来往的量。空分装置包括一些压缩机组的量。0 n% 1 n+ z# O. p/ Q. D- G% E七、 气化炉安全联锁系统+ I( a0 q# 6 w% j& d1、 气化装置安全联锁系统主要内容a. w: v4 S _3 a: b设置气化装置安全联锁系统的目的 是保证气化装置尤其是气化炉的运行得到安全和可靠的控制。因为煤气化工艺是水煤浆与纯度很高的氧气混合燃烧，过程中存在高温、高压环境，开车和操作必须由 安全联锁系统自动控制完成。气化装置运行中，一些重要参数偏离正常值，达一定程度（高或低）时报警，经操作人员处理，当偏离值继续增加，达高高或低低后， 则触发联锁停车系统，使某台气化炉甚至整个气化装置按预定的程序一步步安全停车。另外，装置的一些意外情况如停电、仪表空气故障、某台设备损 坏、 其他装置突然停车等，都会触发联锁停车系统，使气化炉或气化装置按预定的程序安全停车。气化装置安全联锁系统还设有手动紧急停车按钮或开关，在发生预想不 到的情况下，手动使气化装置安全联锁动作。气化装置联锁停车，又会触发全厂紧急停车系统，使全厂各装置按预定的程序安全停车。所以，气化装置安全联锁系统 应包括以下主要内容：. A4 1 s4 A4 k& V3 S% ( L& c 气化炉初始化；4 h9 i; l6 n) o- z5 Ok 气化炉复位；7 G+ H& s $ T 气化炉开车程序；/ w P: R# e+ _ ! d 气化炉和气化装置停车程序；2 v$ W! D! I/ b 气化装置停车与全厂停车。- D t/ a9 b; y! 7 8 ; _ m一般操作是在DCS的操作站上完成，而联锁控制程序的执行在冗余的PLC或ESD系统上完成。DCS或ESD间重要参数通讯通过硬接线，一般状态参数通过冗余的通讯接口完成。 ( a$ B; y# ?3 O D2、 气化炉初始化程序, & 6 T2 e, S& X! C$ f L 某台气化炉开车前，通过安全联锁系统的初始化程序，使此台气化炉具备水煤浆输送泵启动条件。初始化之前，必须确认本台气化炉工艺系统情况：7 6 V$ f& E+ H. G0 U& H 水洗塔出口压力PICA-11低于0.6MPa（G）；4 0 N+ R% U3 4 n5 煤浆切断阀XV-02和煤浆循环阀XV-01关闭；# i, d7 F4 y9 % K0 mJ. I) 氧气切断阀XV-03，XV-04和氧气放空阀XV-05关闭；; 8 Q2 s n: f% i& l 氧气调节阀FV-07关闭；% b: L; ?$ E+ Z- I 合成气去变换工段的马达阀关闭；$ , x u; S) f4 m( s+ C 紧急停车按钮复位；( L+ M5 1 r) zC 高压氮吹扫按钮，停；/ w; D8 G9 f& U8 5 b 煤浆运行按钮，关。r- G( t1 V1 F: D$ Z3 q: k以上条件满足，由DCS的CRT上调出初始化开关仪表HS-30，按“ON”，则此台气化炉初始化程序开始执行。程序完成以下动作：* _8 L+ E# e; x: X9 x* H 煤浆循环阀XV-01打开；) Q( s6 G- T8 O. B( B 氧气放空阀XV-05打开；! p C! w$ X9 ?# I9 两个氧气切断阀间高压氮气密封阀XV-06关闭；9 x# j8 0 n. p( l: B 氧气调节阀XV-07由关至调节。. g% & q( K . Z6 o4 c以上动作完成无误，并煤浆泵已准备好开车条件，则可启动煤浆泵，建立煤浆循环，控制其流量值等于开车流量。当第1台煤浆流量计FIA-01显示煤浆流量正常，可以进行气化炉安全系统复位（RESET）操作。/ Q/ SJ+ D. i3、 气化炉复位（RESET） T5 B/ e- + k* J $ O气化炉复位操作也在DCS上进行。在CRT上将复位开关仪表HS-32调出，按“ON”，则复位程序动作开始，程序完成以下动作：% ; Y0 p7 $ ? 两个氧气切断阀间高压氮气密封阀XV-06打开； |* 0 o* R c2 z: 0 l& * 事故激冷水阀HV-01关闭；. - 3 3 & ?& r* x$ ; P 氧气流量控制信号到达控制阀FV-07；1 2 V e x2 * 9 w 其他有关的联锁开关或触发因素旁路开关置于“ON”位置。1 U+ 8 h9 x4 o# j U% _/ u9 2 p. J以上动作完成无误，按工艺要求进行一系列操作，先后建立氧气开车流量、锁渣罐程序处于渣收集阶段、接通经过气化气化炉的水循环、建立碳洗塔水流量、更换热电偶、换烧嘴气化炉激冷室液位调节至正常、氮置换等，并进行最后开车（投煤浆）前的检查和确认，气化炉具备开车条件。5 m$ D7 : B! J- N4 c/ Y4、气化炉开车程序4 N. d7 T( b0 4 m, v/ x; 3 T1 v 气化炉开车（投煤浆）程序的启动也在DCS上进行。在CRT画面上调出开关仪表HS-47，按“ON”，信号输送至ESD，自动完成以下一系列动作。+ R; + H5 I4 p! y* k% Qa) 气化炉开车命令送至煤浆切断阀XV-02，电磁阀动作，仪表压缩空气推动活塞执行机构，使煤浆切断阀逐渐打开。当打开至50时，阀位信号使煤浆循环 阀XV-01关闭。此时，注意观察第2台煤浆流量计FIA-02的示值，逐渐有煤浆流量指示，也就是说有煤浆通过烧嘴。对比两台煤浆流量计的示值应基本相 同。并观察煤浆泵出口压力有降低后，再次升高，然后稳定下来。此时，气化炉的温度呈降低趋势。7 O6 d/ c* R) |5 4 ab) 开车信号同时送到两个氧气切断阀间高压氮气密封阀XV-06，使其关闭。 / R7 q1 6 A5 c* c) 开车信号在延时7s后，送至氧气下游切断阀XV-04，令其打开，并令高压氮气吹扫阀XV-20打开0.5s，在氧气下游管线上用高压氮气作一个短时间吹 扫，然后关闭。此阀门关闭信号延时20s，送至氧气放空阀XV-05，使放空阀关闭。放空阀关闭至10时，自动发信号给氧气上游切断阀XV-03打开。 要注意，此时已经控制稳定的预定开车氧气流量不能有大的跳跃。当XV-03打开后，则氧气流至烧嘴，高压氧气喷射并雾化水煤浆，喷入1100的炉膛内燃 烧。密切监视炉内温度，若水煤浆已经燃烧，路那温度会迅速上升大量气体进入火炬放空，气化炉激冷室液位降低，压力突然升高，证明开车成功。 I) U) H0 y! A Ed) 如果由于阀位异常，氧气流量没有建立起来，由下游氧气切断阀XV-03接到信号起的40s，则说明点火失败，发出停车信号，ESD转入停车程序。2 G/ M c# y: i, q, I: i. 气化炉和气化装置停车程序5 R9 s0 |9 a- e# E气化炉工艺过程不正常，引起一些参数超标，或工艺和仪表设备故障，就会触发安全联锁紧急停车系统，使气化炉甚至气化装置自动按预定的程序停车。停车触发的因素如下：0 o& W0 f9 R5 Fk- y# r% r 开车时氧气流量建立时间超过40s，点火失败；m. |: ! 9 q- e r- l 煤浆流量FIA-01，FIA-02低低；2 m/ l; v: u3 C: q 煤浆进料泵速度SICA-0101低低；8 b# 6 & s2 U8 A) x) A 氧气流量FICA-07低低；, a/ G0 C6 R) 气化炉气化气出口温度TIA-09高高；3 J4 s; W/ y : f W6 qV 激冷室液位LIA-04，LIA-05低低；1 _: 3 i0 A9 W. O- J9 h 气化炉压差PDIA-06低低，高高；. Q1 _# A$ n7 w E6 W 烧嘴压差（煤浆压力与炉内压力的压差）PDIA-05低低；2 u, C# O4 E( r; d 煤浆循环阀XV-01阀位高高（阀门打开）； g) w5 r$ - X0 _- _( m 煤浆切断阀XV-02阀位低低（阀门关闭）；- b3 h+ X4 U& q a? 氧气切断阀XV-03，XV-04阀位低低（阀门关闭）；: W3 4 1 ) D9 FG# I ? 氧气放空阀XV-05阀位高高（阀门打开）；7 I J3 U3 c 3 # j5 h+ Q? 碳洗塔进料槽液位低低（连续3s）；! g6 h. n1 Q: V/ H7 S? 烧嘴冷却水系统故障联锁；4 j# h! m7 F( C? 煤浆泵停车。: v. X1 h7 Z# u2 k2 o6 ?. r% L一般模拟量超标，延续1s以上才触发联锁停车系统。非本系列故障或不正常条件引起的联锁系统动作的触发因素有：, Q J$ M( 8 v$ _) s1 _- B 变换工段废锅液位低低；4 J$ Z- c, v t1 r$ c 仪表空气压力低低；3 Q% z5 j+ p0 z% 蒸汽管网压力和流量低低，例如锅炉停车；( E- j6 B# G7 l, 空分装置停车；( z8 v( w3 U! T7 a1 L7 S/ k( U3 e5 X 手动紧急停车。) 5 M* q) s4 s% n$ w- a P安全联锁系统被触发后，气化炉工艺过程系列按预定程序自动停车，发生以下动作。3 g/ H2 4 B4 h0 t1 l立即同时执行. z& k6 z N! P4 U F- D s 关闭氧气管道上两个切断阀XV-03，XV-04和氧气调节阀FV-07。3 B; D0 |$ + S: Y2 U# U 关闭煤浆泵。6 S! s4 L8 ( h% u. Z. z& r% L 水洗塔盘洗涤水流量控制阀FV-16，FV-17关闭。. d( e! W+ u* 5 AR 打开高压氮气吹扫阀XV-20，吹扫氧气下游切断阀XV-04至烧嘴以下管线，包括氧气中心管，并防止炉子回火。7 x( v# q! f6 p0 w% M3 延时1s关闭煤浆切断阀。$ d8 h0 - v/ |% |* l2 D延时7s，打开高压氮吹扫阀XV-21，吹扫煤浆切断阀XV-02至烧嘴以下管线，将管道内煤浆吹入气化炉内。6 w2 X% g. Y0 f F) N# u5 x6 k延时10s，关闭煤浆管线高压氮吹扫阀XV-21。% 4 F) Y1 k+ x C2 f. D( d+ B延时25s，关闭氧气管线高压氮吹扫阀XV-20。/ R+ S! z7 Y4 Z+ Z( Z延时30s，打开高压氮缓冲阀XV-06，将氧气两个切断阀间用高压氮气充满，以防止氧气泄漏入气化炉，引起*。6 # c+ n! w5 t至此，气化炉联锁停车系统使气化炉相关系列在半分钟内安全停车。在ESD和DCS上查找事故原因。利用ESD的事故顺序记录（即SOE），找出第一事故原因，从DCS上找出操作记录和相关参数历史记录，确认事故原因，研究对策。若是容易处理的事故，则按照操作规程对装置卸压、清洗管道和设备等，排除事故。这些过程时间很长，不必自动进行。) H% h9