煤氣化裝置儀表選型研究

王文龍

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

引 言

煤氣化工藝是生產(chǎn)水煤氣品的關(guān)鍵所在，煤氣化工藝對(duì)于合成氣產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有重要的影響，因此，作為煤氣化工藝載體的煤氣化裝置儀表的選型就顯得至關(guān)重要了。正確地選用煤氣化裝置儀表的型號(hào)對(duì)于整個(gè)合成氣產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展有非常重要的意義。

1 煤氣化技術(shù)簡(jiǎn)介

煤氣化技術(shù)的應(yīng)用原理是把經(jīng)過預(yù)先處理好的原煤放入汽化爐等煤炭盛放的容器中，把溫度和壓力調(diào)至合適的刻度，在空氣、氧氣等氧化劑的綜合作用下，借助諸如移動(dòng)床、攜帶床、硫化床等專業(yè)裝置的流動(dòng)，在通過一系列的化學(xué)反應(yīng)使其產(chǎn)生一氧化氮?dú)怏w，得到水煤氣原料，最后再以脫硫和脫碳等精處理手段進(jìn)行提純，最終得到純度更高的一氧化碳精制氣體產(chǎn)品。

煤氣化工藝技術(shù)主要分為3種，即固定床氣化技術(shù)、流化床氣化技術(shù)和氣流床氣化技術(shù)，而每一種煤氣化技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和不足之處。其中，氣流床氣化技術(shù)主要是在高溫高壓下完成煤炭的氣化過程，主要以純氧作為氣化劑，在氣化的過程中不會(huì)產(chǎn)生焦油、萘、酚水等物質(zhì)，因而煤炭的氣化轉(zhuǎn)化率比較高，最重要的是該技術(shù)對(duì)于環(huán)境的污染和破壞力比較小，故因其環(huán)保的特點(diǎn)而成為目前主流的煤氣化工藝技術(shù)生產(chǎn)方案。所以本文主要以氣流床氣化技術(shù)為例對(duì)煤氣化裝置儀表的選型進(jìn)行研究。

氧氣經(jīng)過高壓處理后再通過空分工段輸送與經(jīng)過制備煤漿工段得到的水煤漿結(jié)合在一起，再經(jīng)過流通調(diào)節(jié)閥和流通切斷閥的控制篩選使二者達(dá)到最佳比例的混合，通過燒嘴把二者送進(jìn)事先把氣壓調(diào)控在6.5 MPa，溫度調(diào)控在1 300 ℃的氣化爐內(nèi)使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過一段時(shí)間的化學(xué)反應(yīng)之后得到一氧化碳、氫氣、二氧化碳、甲烷、硫化氫、氨氣、甲酸等多種氣體的混合氣體。該階段得到的氣體屬于粗制混合氣體，還需要經(jīng)過分離器和洗滌塔的洗滌凈化之后才能進(jìn)入下一步的脫硫脫碳提純工藝階段。而氣化爐內(nèi)留下的固液混合煤渣則需要經(jīng)過破渣機(jī)的反復(fù)碾壓和鎖斗裝置的反復(fù)加壓、泄壓后才能被徹底從氣化爐內(nèi)排出，而煤渣池內(nèi)經(jīng)過沉淀之后的上層清水，可以投入后續(xù)的渣水處理環(huán)節(jié)進(jìn)行重復(fù)利用。

2 煤氣化裝置儀表選型的研究

2.1 氧氣閥門

氧氣閥門是針對(duì)氧氣輸送管網(wǎng)而專門設(shè)計(jì)的一種煤氣化裝置儀表，有3種閥門可供選擇，即調(diào)節(jié)閥、切斷閥和放空閥，在生產(chǎn)過程中可以根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行選擇。

但是該煤氣化裝置有一個(gè)缺點(diǎn)，就是在輸送經(jīng)過壓縮處理的氧氣的過程中，一旦碰到鐵屑、油脂等顆粒物，就容易在氣流運(yùn)動(dòng)時(shí)與閥門裝置或者管壁發(fā)生摩擦和碰撞，在摩擦和碰撞的過程中會(huì)持續(xù)產(chǎn)生熱量并且不易消散，而當(dāng)熱量持續(xù)聚集致使溫度升高到一定程度的時(shí)候，就會(huì)使閥門或者管道裝置發(fā)生破裂、燃燒甚至爆炸等危險(xiǎn)情況。但是由于燃燒的發(fā)生需要有氧化劑、可燃物和點(diǎn)火能量這3個(gè)必備的要素，而煤氣化裝置儀表的運(yùn)行需要氧氣作為催化劑，所以只能通過控制可燃物和點(diǎn)火能量來預(yù)防燃燒和爆炸的發(fā)生。在選擇煤氣化裝置的材料的時(shí)候要選用耐高溫高壓等特制材料來有效避免意外情況的發(fā)生[1]。

根據(jù)該行業(yè)的有關(guān)規(guī)定，由于氧氣是燃燒的必備要素，所以要經(jīng)過全面、充分地考慮單位體積內(nèi)的氧氣含量、壓力大小、介質(zhì)材料的沖擊流速以及反應(yīng)環(huán)境的溫度等各種要素之后才能對(duì)氧氣的介質(zhì)材料進(jìn)行選用。根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和生產(chǎn)工況，氧氣的介質(zhì)材料的流速可以分為沖擊型和非沖擊型兩種。當(dāng)氧氣的介質(zhì)材料的流速為非沖擊型且該介質(zhì)的溫度低于某種材料的特定溫度、介質(zhì)的實(shí)際流速介于非沖擊所允許的流速范圍之內(nèi)時(shí)，那就證明這種氧氣的介質(zhì)材料是符合標(biāo)準(zhǔn)的，可以選用；當(dāng)氧氣的介質(zhì)材料的流速為沖擊型且介質(zhì)的實(shí)際流速介于沖擊所允許的流速范圍之內(nèi)時(shí)，那么這種氧氣的介質(zhì)材料也是符合標(biāo)準(zhǔn)可以選用的[2]。

但是由于煤氣化裝置的儀表閥門的主要屬性是節(jié)流件，所以需要把該裝置的所有閥門裝置的流速定義為沖擊流速。例如，當(dāng)把鋼碳的溫度設(shè)計(jì)為150 ℃時(shí)，所允許的沖擊流速的外包范圍限值為30 m/s，此時(shí)如果施加的壓力值介于0.3 MPa～1.5 MPa之間并且實(shí)際流速小于30 m/s，那么這種碳鋼就能夠成為對(duì)應(yīng)的氧氣介質(zhì)材料。

2.2 鎖渣閥

鎖渣閥門裝置主要是由鎖斗的入口閥門和出口閥門及排渣閥門構(gòu)成的，其中鎖頭主要起控制作用，包括減壓和泄壓、渣體排出、加壓以及渣體收集等部分，而鎖渣閥就是鎖頭實(shí)現(xiàn)其控制功能的關(guān)鍵所在。因此，鎖渣閥的質(zhì)量對(duì)于鎖頭乃至整個(gè)煤氣化裝置儀表的正常運(yùn)行都有著至關(guān)重要的作用。黑水是鎖渣閥的主要介質(zhì)，有時(shí)候會(huì)摻雜一些灰水，鎖渣閥的最大口徑可以達(dá)到400 mm，此時(shí)的壓力等級(jí)非常高，所以為了穩(wěn)定氣化爐內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，就需要加強(qiáng)對(duì)鎖渣閥的雙向封閉處理，確保整個(gè)裝置的安全運(yùn)行。而固定式的全通徑球閥就能很好地滿足這一要求，不僅可以實(shí)現(xiàn)鎖渣閥的雙向封閉，還能使介質(zhì)流體更好地流通，并且全通徑球閥儲(chǔ)氣罐和雙作用型的氣缸可極大地保障整個(gè)裝置的安全運(yùn)行。雙向不銹鋼鍛造閥體是鎖渣閥閥體的良好選擇，搭配F316加硬化處理的閥座和閥芯以及抗硫材質(zhì)的閥門可以使鎖渣閥的性能更加可靠、穩(wěn)定。為了實(shí)現(xiàn)鎖頭的順控，對(duì)于閥門實(shí)際動(dòng)作的執(zhí)行時(shí)間必須進(jìn)行精確的控制，該動(dòng)作執(zhí)行時(shí)間一般不高于8 s。

2.3 合成氣放空閥

合成氣放空閥是處于洗滌塔頂部管線出口和火炬中間的一種閥門裝置，該閥門主要有三種運(yùn)行狀態(tài)：當(dāng)系統(tǒng)處于開車工況時(shí)調(diào)為分程式；當(dāng)管道的流量比較小時(shí)使用小閥調(diào)節(jié)；而當(dāng)下游出現(xiàn)擁堵、氣化爐憋壓等故障時(shí)則調(diào)為雙閥調(diào)節(jié)。

氣化爐反應(yīng)產(chǎn)生的粗制煤氣被分離器和洗滌塔凈化之后產(chǎn)生的混合氣體就是合成氣放空閥的介質(zhì)。在操作時(shí)，合成氣放空閥內(nèi)的溫度為240 ℃，壓力為6.4 MPa且壓力最高可達(dá)6 MPa。但是合成氣放空閥在運(yùn)行過程中極易出現(xiàn)氣流受阻的情況，此時(shí)可以選用散熱型Globe閥門，同時(shí)對(duì)閥座和閥芯進(jìn)行硬化加固，并使用石墨進(jìn)行填充，可以使合成氣放空閥的性能更加穩(wěn)定可靠。如果實(shí)際操作中壓差較大，則可以選用平衡套筒的門芯，這種閥門的門芯不僅可以縮小閥門的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，還可以降低投資成本，即使選用的閥門沒有降噪功能或者性能不強(qiáng)，也只需在閥門后端安裝一個(gè)降噪裝置即可[3]。

2.4 煤漿流量測(cè)量?jī)x表

煤漿在流動(dòng)的過程中會(huì)伴隨著腐蝕和沉淀，因此不能使用渦街、孔板等節(jié)流原件對(duì)其流量進(jìn)行測(cè)量，而是使用電磁式流量計(jì)來測(cè)量其瞬時(shí)流量。因?yàn)槊簼{流動(dòng)使壓力較大，所以必須選擇抗壓抗腐蝕的ETFE材料，搭配陶瓷工藝的哈氏合金是最佳選擇。最后，電磁式流量計(jì)在安裝時(shí)一般有水平式和垂直式兩種選擇，在操作中不管選擇哪一種安裝方式，都必須要保證管道被介質(zhì)填充滿。

3 結(jié)語

自控儀表的性能和質(zhì)量對(duì)于整個(gè)煤氣化裝置系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)期運(yùn)行來說有著至關(guān)重要的作用，所以在進(jìn)行煤氣化裝置儀表選型的時(shí)候一定要根據(jù)實(shí)際需要并結(jié)合行業(yè)規(guī)定來選擇，只有選擇合適的煤氣化裝置儀表，才能更好地保證合成氣產(chǎn)品的質(zhì)量和用戶使用的安全性，促進(jìn)行業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曲鴻文.在線分析儀表在煤氣化裝置中的應(yīng)用及其預(yù)處理系統(tǒng)的改造[J].化工自動(dòng)化及儀表,2013,40(6):714-719.

[2] 黃俊華,胡同印.淺析煤氣化裝置儀表選型[J].儀器儀表用戶,2015(2):35-38.

[3] 解玲玲.在線分析儀表在煤氣化裝置預(yù)處理系統(tǒng)中的改造[J].中國(guó)化工貿(mào)易,2015,7(25):140.