內(nèi)置式閥位檢測(cè)系統(tǒng)在煤氣發(fā)生爐安全生產(chǎn)中的應(yīng)用

余士良

(云南云天化股份有限公司云峰分公司 云南宣威 655413)

固定層間歇式煤氣發(fā)生爐是煤氣生產(chǎn)及化肥生產(chǎn)行業(yè)的主要設(shè)備之一，具有工藝簡(jiǎn)單、流程緊湊、建設(shè)周期短、投資較小等優(yōu)點(diǎn)，但存在能耗高、檢修頻繁的缺點(diǎn)，特別是控制各個(gè)階段流程的油壓座板閥或插板閥動(dòng)作頻率較高，每小時(shí)需開關(guān)50～100次，因此閥門的故障率特別高，因閥門故障往往造成煤氣系統(tǒng)氧含量升高，威脅到合成氨系統(tǒng)的安全生產(chǎn)。20世紀(jì)90年代前，固定層間歇式煤氣發(fā)生爐大多采用水壓控制系統(tǒng)，屬于純機(jī)械控制。隨著機(jī)電儀一體化技術(shù)的發(fā)展，后逐漸改為油壓系統(tǒng)配套PC微機(jī)控制或油壓系統(tǒng)配套DCS控制，并配套設(shè)置油壓閥門閥位檢測(cè)信號(hào)及聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)，即利用設(shè)置在油壓閥門支架上的接近開關(guān)作為閥門開關(guān)狀態(tài)的檢測(cè)信號(hào)，當(dāng)油壓閥門打開以后，信號(hào)燈亮并反饋至PC微機(jī)或DCS控制系統(tǒng)，PC微機(jī)面板相應(yīng)閥門的信號(hào)燈亮。后由于煤氣發(fā)生爐檢修以及閥門動(dòng)作頻繁，閥位檢測(cè)系統(tǒng)經(jīng)常出故障和輸出假信號(hào)，因此在之后的油壓微機(jī)系統(tǒng)改造中取消了閥位檢測(cè)系統(tǒng)，而將PC微機(jī)或DCS控制系統(tǒng)輸出至電磁閥的電源信號(hào)(即電磁閥得電或失電信號(hào))作為閥位檢測(cè)信號(hào)并反饋給PC微機(jī)或DCS控制系統(tǒng)，但當(dāng)電磁閥得電正常而油壓閥門因機(jī)械故障出現(xiàn)卡閥、卡芯現(xiàn)象時(shí)，往往不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，無(wú)法確保煤氣發(fā)生爐處于安全停車狀態(tài)，從而導(dǎo)致氧含量升高或爐底出現(xiàn)爆鳴聲，存在潛在的安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

1 煤氣發(fā)生爐閥位識(shí)別系統(tǒng)存在的問(wèn)題及風(fēng)險(xiǎn)

煤氣發(fā)生爐油壓微機(jī)控制系統(tǒng)雖然經(jīng)過(guò)多次改造及完善，但仍暴露出一些安全風(fēng)險(xiǎn)，特別是在吹風(fēng)閥、三通閥(或下行煤氣閥)、上吹加氮閥的開關(guān)程序出現(xiàn)故障(如繼電器故障、閥桿卡閥故障及電磁閥卡芯故障等)后，往往造成煤氣系統(tǒng)中氧含量大幅升高或爐底出現(xiàn)爆鳴聲。煤氣三通閥(或下行煤氣閥)及吹風(fēng)閥的電液換向閥雖然設(shè)置了油路聯(lián)鎖，但若出現(xiàn)閥桿卡閥故障或繼電器故障時(shí)，就有可能出現(xiàn)煤氣三通閥(或下行煤氣閥)及吹風(fēng)閥同時(shí)處于開啟或半開啟狀態(tài)，導(dǎo)致煤氣發(fā)生爐在下吹、吹凈等過(guò)程中空氣走短路而進(jìn)入煤氣系統(tǒng)，造成系統(tǒng)氧含量超標(biāo)或爐底出現(xiàn)爆鳴聲。上吹加氮閥雖然設(shè)置了雙閥及雙電磁閥控制，減少了2只閥門同時(shí)出現(xiàn)故障的頻次，但當(dāng)上吹加氮閥出現(xiàn)閥桿卡閥故障或繼電器故障時(shí)，仍會(huì)造成煤氣總管氧含量升高和爐底出現(xiàn)爆鳴聲。如2017年1月25日，某單位4#煤氣發(fā)生爐控制上吹加氮閥的繼電器出現(xiàn)故障，導(dǎo)致上吹加氮閥常開，煤氣發(fā)生爐運(yùn)行至下吹階段氮?dú)饪傞y關(guān)閉時(shí)才停止加氮，雖然沒有造成系統(tǒng)氧含量升高，但仍然造成爐底產(chǎn)生爆鳴聲，單爐系統(tǒng)緊急停爐，引起合成氨系統(tǒng)減量生產(chǎn)；某單位3#煤氣發(fā)生爐因機(jī)械故障(填料盒卡閥)導(dǎo)致下行煤氣閥在上吹及吹凈過(guò)程中無(wú)法關(guān)閉，空氣直接走短路進(jìn)入煤氣系統(tǒng)，導(dǎo)致煤氣系統(tǒng)氧含量大幅升高，系統(tǒng)緊急停車進(jìn)行切氣處理，雖然未造成安全事故，但給生產(chǎn)帶來(lái)了極大的影響。諸如此類的隱患現(xiàn)象，各生產(chǎn)企業(yè)均時(shí)有發(fā)生。

2 煤氣發(fā)生爐設(shè)置閥位檢測(cè)系統(tǒng)的必要性及可行性分析

2.1 煤氣發(fā)生爐設(shè)置閥位檢測(cè)系統(tǒng)的必要性

煤氣發(fā)生爐工藝閥門開關(guān)是否到位一直是安全生產(chǎn)關(guān)注的問(wèn)題。事實(shí)證明，只有完善煤氣發(fā)生爐系統(tǒng)安全生產(chǎn)設(shè)施，提高安全控制系統(tǒng)的功能及先進(jìn)性，通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng)新解決閥位檢測(cè)系統(tǒng)故障率高的問(wèn)題才能提高安全生產(chǎn)的可靠性。因此，煤氣發(fā)生爐設(shè)置閥位檢測(cè)系統(tǒng)是安全生產(chǎn)的前提條件之一。

另外，中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《合成氨生產(chǎn)企業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施指南》(AQ/T 3017—2008)中規(guī)定，企業(yè)應(yīng)按照AQ 3013—2008第5.5.2.1和第5.5.2.2條規(guī)定配置符合國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的安全設(shè)備設(shè)施，其中造氣系統(tǒng)煤氣化爐應(yīng)設(shè)置的安全設(shè)備設(shè)施至少應(yīng)包括：①原料煤帶式輸送機(jī)緊急停車設(shè)施；②下行煤氣閥和吹風(fēng)閥安全聯(lián)鎖設(shè)施；③煤氣下行管、灰斗和爐底空氣管道應(yīng)安裝爆破片，爆破片必須裝防護(hù)罩；④吹風(fēng)閥應(yīng)采取雙閥或增裝蝶閥；⑤應(yīng)設(shè)置煤氣爐一次風(fēng)管線自動(dòng)放空設(shè)施，造氣崗位主要液壓閥要安裝閥位指示。

因此，煤氣發(fā)生爐設(shè)置主要閥門閥位檢測(cè)系統(tǒng)是AQ/T 3017—2008的要求。

2.2 煤氣發(fā)生爐設(shè)置內(nèi)置式閥位檢測(cè)系統(tǒng)的可行性

(1) 在煤氣發(fā)生爐油壓閥門支架上安裝傳感探測(cè)器(霍爾開關(guān)或接近開關(guān))來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)閥門開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)功能屬于外置式閥位檢測(cè)系統(tǒng)，但由于閥門開關(guān)震動(dòng)、檢修等因素，常出現(xiàn)閥位檢測(cè)信號(hào)出錯(cuò)，導(dǎo)致煤氣發(fā)生爐出現(xiàn)誤停爐現(xiàn)象，為此，有的企業(yè)甚至將其拆除。目前，相關(guān)配套技術(shù)單位經(jīng)過(guò)技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)出內(nèi)置式閥位檢測(cè)系統(tǒng)，即傳感探測(cè)器安裝在油缸缸體內(nèi)部，通過(guò)檢測(cè)油缸活塞桿的位置變化來(lái)實(shí)現(xiàn)閥門開關(guān)狀態(tài)的檢測(cè)，具有安全可靠性高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，基本不會(huì)出現(xiàn)故障。

(2) 煤氣發(fā)生爐增設(shè)內(nèi)置式閥位檢測(cè)報(bào)警及聯(lián)鎖系統(tǒng)是在原有油壓閥門上進(jìn)行改造，無(wú)需變更原有工藝流程及閥門，在單爐熄火或熱備用狀態(tài)均可進(jìn)行改造，不影響正常生產(chǎn)，故投資省、改造時(shí)間短、安全可靠性高。

(3) 改造技術(shù)成熟可靠，應(yīng)用范圍較廣。在2014年改造不停爐下灰系統(tǒng)時(shí)，就成功采用帶內(nèi)置式反饋信號(hào)的油缸進(jìn)行閥門閥位檢測(cè)，2年多來(lái)的運(yùn)行結(jié)果證明可靠性較高。

(4) 國(guó)內(nèi)許多化肥生產(chǎn)企業(yè)的煤氣發(fā)生爐均設(shè)置了油壓控制系統(tǒng)的閥位檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，有許多成功的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。

2.3 煤氣發(fā)生爐系統(tǒng)增設(shè)閥位檢測(cè)系統(tǒng)的范圍

閥位檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)置包括吹風(fēng)閥、三通閥(或下行煤氣閥)、上吹加氮閥等工藝閥門，即每臺(tái)煤氣發(fā)生爐需更換3只帶內(nèi)置式傳感探測(cè)器的油缸，其余的煙囪閥、煤氣總閥、上行煤氣閥、吹風(fēng)氣回收閥等閥門不必設(shè)置，但可考慮設(shè)置1個(gè)煤氣發(fā)生爐上部壓力超標(biāo)單爐停車聯(lián)鎖，以消除因煙囪閥、煤氣總閥、上行煤氣閥、吹風(fēng)氣回收閥等閥門無(wú)法打開而造成爐內(nèi)憋壓，進(jìn)而引發(fā)爐底爆炸(或防爆板沖破)的現(xiàn)象。

3 煤氣發(fā)生爐系統(tǒng)增設(shè)內(nèi)置式閥位檢測(cè)系統(tǒng)的方法及控制原理

閥位檢測(cè)系統(tǒng)利用DCS系統(tǒng)設(shè)置閥位檢測(cè)程序，在各臺(tái)煤氣發(fā)生爐的每個(gè)油壓座板閥油缸內(nèi)設(shè)置傳感探測(cè)器(霍爾開關(guān))、固定夾板及相關(guān)的連接導(dǎo)線(信號(hào)反饋電纜線)等。其方法是將吹風(fēng)閥、三通閥(或下行煤氣閥)、上吹加氮閥油缸改為帶內(nèi)置式反饋信號(hào)的油缸，控制信號(hào)反饋至DCS控制系統(tǒng)，通過(guò)反饋信號(hào)檢測(cè)閥門位置，即：當(dāng)油壓閥門打開時(shí)，油缸信號(hào)燈亮綠燈；當(dāng)油壓閥門關(guān)閉到位時(shí)，油缸信號(hào)燈亮紅燈；DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行閥位判別，當(dāng)出現(xiàn)的信號(hào)燈不符合DCS控制程序設(shè)置時(shí)，經(jīng)5～10 s(可調(diào))后通過(guò)內(nèi)部聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)單爐自動(dòng)停車并發(fā)出報(bào)警提示。內(nèi)置式閥位檢測(cè)系統(tǒng)與傳統(tǒng)閥位檢測(cè)系統(tǒng)的邏輯對(duì)比見圖1。

4 內(nèi)置式閥位檢測(cè)系統(tǒng)改造費(fèi)用

單臺(tái)煤氣發(fā)生爐改造所需材料費(fèi)用：80/55- 840型帶內(nèi)置傳感器三通閥(或下行煤氣閥)油缸以及吹風(fēng)閥油缸各1只，價(jià)格均為2 800元/只；63/40- 400型帶內(nèi)置傳感器上吹加氮閥油缸1只，價(jià)格為1 200元；信號(hào)反饋電纜線、穿線管、固定夾板，價(jià)格1 000元；合計(jì)7 800元。

圖1 內(nèi)置式閥位檢測(cè)系統(tǒng)與傳統(tǒng)閥位檢測(cè)系統(tǒng)的邏輯對(duì)比

所有材料準(zhǔn)備到位后，8 h內(nèi)可完成1臺(tái)煤氣發(fā)生爐閥位檢測(cè)系統(tǒng)的改造、系統(tǒng)聯(lián)鎖調(diào)試及試運(yùn)行工作。

5 結(jié)語(yǔ)

煤氣發(fā)生爐實(shí)施內(nèi)置式閥位檢測(cè)系統(tǒng)改造后，消除了因油壓閥門卡閥或卡芯而導(dǎo)致的煤氣系統(tǒng)氧含量升高或爐底出現(xiàn)爆鳴聲等安全隱患，使合成氨裝置造氣工段滿足AQ/T 3017—2008的要求。