淺析德士古氣化裝置安全停車聯(lián)鎖系統(tǒng)

張 軍

(陜西神木化學(xué)工業(yè)有限公司，陜西神木 719319)

陜西神木化學(xué)工業(yè)有限公司(以下簡稱神木化工)年產(chǎn)600 kt精甲醇項(xiàng)目是通過氣化、變換、凈化、合成、精餾等主要工藝流程，將煤炭轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)化工原料甲醇。其中氣化裝置采用了美國GE公司德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)，水煤漿和純氧經(jīng)工藝燒嘴進(jìn)入氣化爐，在壓力3.8 MPa、溫度1 300 ℃左右的條件下發(fā)生氣化反應(yīng)，生成以CO+H2為主要成分的粗合成氣。氣化爐安全停車聯(lián)鎖是德士古氣化工藝中最重要的組成部分，也是氣化爐停車的安全保障。經(jīng)過多年不斷的摸索和研究，對氣化爐安全停車聯(lián)鎖進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)，使氣化系統(tǒng)更加安全、合理。

1 德士古氣化爐工藝介紹

德士古水煤漿加壓氣化采用流化床反應(yīng)器，其工藝流程為：合格的水煤漿經(jīng)高壓煤漿泵加壓至4.25 MPa后，連同空分送來的純度為99.6 %(體積分?jǐn)?shù)，下同)的高壓氧氣按照一定比例的氧煤比通過工藝燒嘴充分混合霧化后進(jìn)入氣化爐燃燒室中。在氣化爐中水煤漿與氧發(fā)生氣化反應(yīng)，生成以CO+H2為主要成分的粗合成氣。反應(yīng)后的粗煤氣和熔渣一起流經(jīng)氣化爐底部的激冷室激冷后，使氣體和固渣分開；激冷后的粗煤氣再經(jīng)文丘里洗滌器和合成氣洗滌塔二級洗滌除塵后(溫度為216 ℃、壓力為3.74 MPa)，被送至變換工序。熔渣被激冷固化后，由氣化爐底部激冷室進(jìn)入鎖斗，定期排入渣池，再由渣池中的刮板輸送機(jī)將?；鼜脑刂袚瞥觯缓笱b車外送[1-3]。

2 氣化爐安全停車聯(lián)鎖要求

由于氣化爐內(nèi)發(fā)生的是在高達(dá)1 300 ℃、3.8 MPa、純度為99.6%高壓氧氣操作條件下的反應(yīng)，氣化反應(yīng)生成的粗合成氣屬于易燃、易爆的有毒有害氣體，其爆炸級組為dⅡCT4。為確保生產(chǎn)裝置安全運(yùn)行和減少事故，避免發(fā)生人身傷亡事故和設(shè)備損壞事故，氣化爐安全停車聯(lián)鎖合理、可靠的運(yùn)行是極其重要的。

氣化爐的安全停車聯(lián)鎖是氣化裝置所有聯(lián)鎖中最為重要的聯(lián)鎖，關(guān)系到氣化爐能否安全、順利地停車。停車時(shí)，主要保證氧氣切斷閥XV1205和XV1206、煤漿切斷閥XV1202立刻關(guān)閉，高壓氮?dú)馇袛嚅yXV1204和XV1209立刻打開，迅速吹掃煤漿和氧氣管線，并在氧氣管線上2只切斷閥XV1205與XV1206之間形成高壓氮封，以保證隔絕氣化爐和氧氣系統(tǒng)。

3 氣化爐安全停車聯(lián)鎖系統(tǒng)

氣化爐的安全停車聯(lián)鎖系統(tǒng)采用三重化冗余系統(tǒng)(即緊急停車系統(tǒng)ESD)，對安全停車聯(lián)鎖系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)采用三取二表決處理，聯(lián)鎖系統(tǒng)的重要輸出采用雙電磁閥的結(jié)構(gòu)。ESD系統(tǒng)具備與集散控制系統(tǒng)(DCS)進(jìn)行高速通訊的能力，能夠及時(shí)將聯(lián)鎖系統(tǒng)的工藝參數(shù)傳送給操作人員，又能及時(shí)接受DCS的指令[4-5]。下面結(jié)合神木化工一期氣化裝置，介紹德士古氣化爐安全停車聯(lián)鎖的具體設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

原始設(shè)計(jì)氣化爐安全停車聯(lián)鎖條件共16個(gè)，任何一個(gè)條件發(fā)生都會使停車觸發(fā)器動作，進(jìn)而引發(fā)氣化爐緊急停車。

氣化爐安全停車聯(lián)鎖系統(tǒng)是通過系統(tǒng)各重要運(yùn)行參數(shù)，如儀表空氣壓力PIA1230APIA1230BPIA1230C、氧氣流量FIA1204FIA1205FIA1206、煤漿流量FIA1201FIA1202FIA1203、合成氣出口溫度TIA1211TIA1212TIA1213、氣化爐液位LI1201LI1202LI1203、氧煤比R-1201等參數(shù)來控制進(jìn)料系統(tǒng)各閥門的動作，以達(dá)到系統(tǒng)安全運(yùn)行的目的。它對現(xiàn)場儀表及閥門的可靠性、進(jìn)料系統(tǒng)的安全性、控制系統(tǒng)的可靠性等都有很高的要求。參與氣化爐安全停車聯(lián)鎖的儀表、閥門必須性能穩(wěn)定，聯(lián)鎖中對重要的參數(shù)，如煤漿切斷閥ZIO1-1202LIO2-1202T1202、煤漿循環(huán)閥ZIC1-1203HIC2-1203T1203、氧氣放空閥ZIC1-1207IC2-1207T1207等閥位，都采用三選二的跳車方式。進(jìn)料系統(tǒng)兩相關(guān)量(煤漿和氧氣)，采用多重聯(lián)鎖安全措施，如閥位聯(lián)鎖和流量聯(lián)鎖等，確保爐中過氧時(shí)不會發(fā)生爆炸以及爐中過煤漿時(shí)不會熄火?？刂葡到y(tǒng)通常采用獨(dú)立的高可靠性的ESD，開關(guān)量的輸入信號采用雙路并聯(lián)，分別進(jìn)入2個(gè)不同的卡件進(jìn)行聯(lián)鎖，輸出也同樣采用從2個(gè)相互獨(dú)立的卡件輸出信號，控制閥門上的雙電磁閥。

4 氣化爐安全停車聯(lián)鎖條件的優(yōu)化

4.1 氧氣流量低低停車

原設(shè)計(jì)氣化氧氣流量低低停車值5 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，流量三選二；原延時(shí)0.5 s停車，現(xiàn)改為延時(shí)2 s停車。

該聯(lián)鎖設(shè)置的主要目的是為了保證煤漿進(jìn)入氣化爐后有足夠的氧氣量，以確保需要的化學(xué)反應(yīng)能正常進(jìn)行。在實(shí)際生產(chǎn)中，若遇氧氣壓力突然異常波動，操作人員沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，氧氣流量達(dá)到5 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，流量三選二，延時(shí)0.5 s就會停車；延時(shí)至2 s停車，就會給操作人員爭取到一定的緊急處理時(shí)間，可避免類似的停車事故。

氧氣流量低低停車從延時(shí)0.5 s改為延時(shí)2 s，向氣化爐多送氧氣2.08 m3(標(biāo)態(tài))、向氣化爐多送煤漿0.01 m3。因此，氧氣流量低低停車值5 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，流量三選二，原延時(shí)0.5 s停車，現(xiàn)改為延時(shí)2 s停車，不會給氣化爐安全運(yùn)行帶來危害。

4.2 氣化爐合成氣出口溫度高高停車

原設(shè)計(jì)氣化爐出口合成氣溫度高高停車值250 ℃，三選二，原延時(shí)0.5 s停車，現(xiàn)改為延時(shí)10 s停車。

該聯(lián)鎖設(shè)置的主要目的是遇到激冷室液位低等導(dǎo)致合成氣溫度高高達(dá)到停車值250 ℃，三選二，原延時(shí)0.5 s停車，以保護(hù)激冷環(huán)和下降管。在實(shí)際生產(chǎn)中，合成氣溫度為220 ℃左右，很少遇到因?yàn)榧だ涫乙何坏?氣化爐停車條件之一)、激冷水流量低(氣化爐停車條件之一)等導(dǎo)致合成氣溫度高高達(dá)到停車值250 ℃(儀表異常波動除外)。合成氣溫度從220 ℃左右升至250 ℃，需要有一個(gè)過程，一般不會短時(shí)間內(nèi)從220 ℃左右升至250 ℃(儀表異常波動除外)。因此，為了避免儀表異常波動，并保證操作人員有應(yīng)急反應(yīng)時(shí)間，將延時(shí)0.5 s改為延時(shí)10 s停車，不會給氣化爐安全運(yùn)行造成危害。

4.3 氣化爐壓差高高停車

氣化爐壓差高高停車值為0.15 MPa，原延時(shí)0.5 s，現(xiàn)改為延時(shí)10 s停車。該聯(lián)鎖設(shè)置的主要目的是防止因其他原因?qū)е職饣癄t渣口或合成氣出口堵塞，影響氣化爐安全運(yùn)行。該聯(lián)鎖在實(shí)際生產(chǎn)中會遇到儀表異常波動達(dá)到0.15 MPa或氣化爐壓差波動瞬間達(dá)到停車值0.15 MPa后又快速下降的現(xiàn)象，由于延時(shí)只有0.5 s，氣化爐很容易停車。根據(jù)考察，神木化工二期氣化爐設(shè)計(jì)沒有設(shè)置該停車聯(lián)鎖，咸陽化工將該聯(lián)鎖從不延時(shí)改為延時(shí)5 min停車，內(nèi)蒙匯能氣化爐運(yùn)行一直沒有投用該聯(lián)鎖。因此，將該聯(lián)鎖延時(shí)至10 s停車，不會給氣化爐安全運(yùn)行帶來隱患。

5 增設(shè)氣化爐停車聯(lián)鎖條件

5.1 增設(shè)高壓煤漿泵入口壓力低低停車條件

氣化裝置開車初期，煤漿管線電磁流量計(jì)經(jīng)常無規(guī)則波動，儀表人員多次維修和聯(lián)系生產(chǎn)廠

家均沒有解決問題。2005年1月24日，煤漿流量低低聯(lián)鎖解除期間，低壓煤漿槽出口管線堵塞，導(dǎo)致高壓煤漿泵入口至氣化爐煤漿斷流，氣化爐過氧發(fā)生閃爆。為了避免類似事故發(fā)生，更換了電磁流量計(jì)廠家，并將PT1201高壓煤漿泵入口壓力低低加進(jìn)氣化爐停車聯(lián)鎖條件中，PT1201量程為0～200 kPa，正常值為120 kPa，報(bào)警值為80 kPa，聯(lián)鎖值為40 kPa。

5.2 增設(shè)激冷水流量低低停車條件

氣化裝置激冷水由于水質(zhì)較差，經(jīng)常會出現(xiàn)激冷水管線結(jié)垢現(xiàn)象，開車初期偶爾會發(fā)生堵塞激冷水管線，導(dǎo)致氣化爐液位突然降低聯(lián)鎖停車。雖然設(shè)置了氣化爐液位低低聯(lián)鎖，可保證激冷水?dāng)嗔鞑粫l(fā)生較大事故；但由于激冷水突然斷流，在氣化爐煤漿和氧氣正常工作的情況下，會對氣化爐內(nèi)激冷環(huán)、下降管等零部件造成損傷，因此給氣化爐增加了FT1308激冷水流量低低停車聯(lián)鎖，F(xiàn)T1308量程為0～200 m3/h，正常值為120 m3/h，報(bào)警值為80 m3/h，聯(lián)鎖值為40 m3/h。

5.3 增設(shè)燒嘴壓差低低停車條件

對氣化裝置進(jìn)行危險(xiǎn)與可操作性(HAZOP)分析，高壓煤漿泵輸送的水煤漿壓力4.25 MPa，氣化爐壓力3.8 MPa，若煤漿管線出現(xiàn)大量泄漏時(shí)，氣化爐壓力很快會竄進(jìn)煤漿管線進(jìn)而發(fā)生重大事故。為防止此類事故的發(fā)生，增設(shè)了PDT1216燒嘴壓差低低停車聯(lián)鎖，PDT1216量程0～2.5 MPa，正常值為0.4 MPa，報(bào)警值為0.1 MPa，聯(lián)鎖值為0.02 MPa。

6 結(jié)語

神木化工德士古氣化裝置通過改進(jìn)和完善后，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。經(jīng)過多次開停車實(shí)踐證明，優(yōu)化后比原設(shè)計(jì)更安全、更合理，保障了系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷、優(yōu)良運(yùn)行。

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