關(guān)于自動化儀表在轉(zhuǎn)化爐運(yùn)行中應(yīng)用的研究

趙志偉

摘 要：唐山中潤煤化工有限公司設(shè)計(jì)年產(chǎn)20萬噸的甲醇生產(chǎn)裝置，在焦?fàn)t煤氣轉(zhuǎn)化生產(chǎn)過程中，焦?fàn)t煤氣與純氧在轉(zhuǎn)化爐中進(jìn)行自熱轉(zhuǎn)化，爐內(nèi)溫度1300-1500℃，壓力2.0-2.5MPa，屬典型的高溫高壓設(shè)備，在業(yè)內(nèi)被定性為重大危險(xiǎn)源，必須采用安全可靠的控制方法，確保設(shè)備可控、穩(wěn)定、安全。文章主要介紹自動化儀表在轉(zhuǎn)化爐生產(chǎn)控制當(dāng)中的典型應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)化爐；儀表；聯(lián)鎖；溫度

1 概述

焦?fàn)t煤氣與純氧在轉(zhuǎn)化爐中進(jìn)行自熱轉(zhuǎn)化，亦稱部分氧化及蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，即在轉(zhuǎn)化爐上部燃燒室內(nèi)，焦?fàn)t煤氣中的CH4、CnHm、H2與純氧蒸汽中的氧燃燒，溫度達(dá)1300-1500℃，放出大量的熱，高溫氣流經(jīng)過下部觸媒，煤氣中的CH4以及烯烴等在鎳觸媒的作用下，與蒸汽進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，通過控制氧氣、煤氣、蒸汽量，控制好水碳比，生成合成甲醇需要的H2、CO、CO2。

轉(zhuǎn)化爐屬于高溫高壓反應(yīng)容器，結(jié)合轉(zhuǎn)化爐結(jié)構(gòu)以及工藝圖，要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化爐設(shè)備安全、生產(chǎn)安全，必須滿足安全指標(biāo)，需要從以下幾個方面考慮。

（1）燒嘴是承受爐內(nèi)最高溫的設(shè)備，其保護(hù)水、保護(hù)蒸汽不能間斷，轉(zhuǎn)化爐夾套水不間斷。

（2）轉(zhuǎn)化爐不超溫、超壓，測點(diǎn)穩(wěn)定可靠，控制均勻。

（3）反應(yīng)介質(zhì)配比適當(dāng)，不產(chǎn)生爆炸極限濃度，壓力滿足P蒸汽>P氧氣>P煤氣。

（4）故障時介質(zhì)的放散、切斷、聯(lián)鎖設(shè)置合理。以下將從幾方面分析自動化儀表在轉(zhuǎn)化爐生產(chǎn)控制當(dāng)中的應(yīng)用與改進(jìn)。

2 分析

轉(zhuǎn)化爐需要一套完善的冷卻系統(tǒng)，夾套水采用循環(huán)水對爐體冷卻，出口壓力維持0.35MPa，夾套回水約30℃。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，可以通過壓力、溫度的變化判斷轉(zhuǎn)化爐可能出現(xiàn)的故障點(diǎn)，例如我廠某次發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化爐夾套水溫度上漲、壓力波動，判斷爐體出現(xiàn)泄漏點(diǎn)，檢修發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化爐內(nèi)襯底部積淤嚴(yán)重，出現(xiàn)砂眼、裂紋，煤氣竄入夾套水系統(tǒng)，引起水溫上漲、壓力波動。經(jīng)過分析，循環(huán)水水質(zhì)差，淤垢腐蝕性大，極易引起設(shè)備薄弱環(huán)節(jié)損傷，為此在夾套水入口管道設(shè)置副線加管道泵，加強(qiáng)水循環(huán)，減緩淤垢堆積，并定期檢查清理，同時設(shè)置泵故障聯(lián)鎖，當(dāng)泵停止運(yùn)行時打開副線切斷閥，確保冷卻水不間斷。

轉(zhuǎn)化爐燒嘴的冷卻保護(hù)包含兩方面，一路是持續(xù)通入的高溫蒸汽，另一路持續(xù)通入脫鹽水保護(hù)。燒嘴保護(hù)泵是燒嘴保護(hù)脫鹽水的提壓、輸送設(shè)備，為了防止燒嘴燒毀事故，設(shè)計(jì)上設(shè)置了燒嘴保護(hù)泵聯(lián)鎖，我廠根據(jù)事故處理經(jīng)驗(yàn)，事故槽容量有限，持續(xù)時間短，在兩臺泵的基礎(chǔ)上，增加了一路應(yīng)急冷卻水源，將事故水改為應(yīng)急消防水，并對聯(lián)鎖進(jìn)行了改進(jìn)（見圖1），解決了泵電源故障無法啟動時燒嘴失去保護(hù)的問題。

在生產(chǎn)當(dāng)中，當(dāng)焦?fàn)t煤氣量驟減或者氧氣驟增時會造成轉(zhuǎn)化爐爐膛飛溫，造成嚴(yán)重事故。在轉(zhuǎn)化爐燃燒室、觸媒床層以及出口有溫度檢測熱電偶。需要注意的是轉(zhuǎn)化爐長期高溫，所以我廠熱電偶套管材質(zhì)采用了鈷基耐磨合金，￠40*8/￠6，加厚了套管壁厚，增大了熱偶空間，避免了套管由于高溫、擠壓而引起的變形、粘結(jié)，提高了溫度測點(diǎn)穩(wěn)定性。同時設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)化爐超溫雙選聯(lián)鎖，溫度超過990℃時發(fā)出超溫報(bào)警，超過1100℃時，切斷氧氣入料閥，打開氧氣放散閥，并鎖定閥門狀態(tài)。轉(zhuǎn)化爐另一個重要的聯(lián)鎖保護(hù)是氧氣與焦?fàn)t煤氣的差壓聯(lián)鎖，生產(chǎn)過程中必須要保證氧氣壓力高于煤氣壓力，否則煤氣竄入氧氣管道發(fā)生爆炸，造成嚴(yán)重事故，所以必須保證儀表的穩(wěn)定性以及保護(hù)聯(lián)鎖的合理性。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，我廠轉(zhuǎn)化爐溫度、壓力都做了雙選處理，并在儀表選型、安裝上進(jìn)行了改進(jìn)。

原設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化爐入口焦?fàn)t煤氣壓力測點(diǎn)一次表安裝在地面儀表箱內(nèi)，而取壓點(diǎn)位于轉(zhuǎn)化爐入口管線頂端，之間通過￠18*3的取壓管連接，并做蒸汽伴熱保溫，結(jié)果由于伴熱系統(tǒng)偶然性流通不暢或者取壓管堵塞造成假信號，引起停車事故。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，二次表直接在煤氣管入口短取壓安裝，省去原來10米長的取壓管，利用管道熱量保溫伴熱，避免了測點(diǎn)假信號的產(chǎn)生，同時在預(yù)熱爐煤氣出口管道上用同樣的方式安裝了另一個測點(diǎn)，把該兩點(diǎn)作為聯(lián)鎖煤氣壓力點(diǎn)。設(shè)計(jì)聯(lián)鎖如圖2，測點(diǎn)雙選，差壓小于0.2MPa時報(bào)警，小于0.1MPa時發(fā)出聯(lián)鎖信號，通過置位功能塊，實(shí)現(xiàn)故障后對切斷、放散閥門狀態(tài)的鎖定，直至工藝確認(rèn)并復(fù)位。

實(shí)踐表明，經(jīng)過改造后的自動化儀表應(yīng)用比原設(shè)計(jì)更具有實(shí)用性，大大提高了儀表使用的穩(wěn)定性，滿足不同工況時使用條件，杜絕了高溫煤氣竄入氧氣管道等危險(xiǎn)事故的發(fā)生，安全儀表的合理設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化爐在非正常情況下的自動處置，實(shí)現(xiàn)了一定的安全、經(jīng)濟(jì)效益，為公司重大危險(xiǎn)源管理奠定了一定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]王驥程，祝和云.化工過程控制工程[M].化學(xué)工業(yè)出版社.

[2]厲玉鳴.化工儀表及自動化[M].化學(xué)工業(yè)出版社.