現(xiàn)代煤氣化裝置自動(dòng)化儀表選型探究

張 偉

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

引 言

現(xiàn)階段，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代大型煤氣化企業(yè)不斷涌現(xiàn)出來(lái)。然而，不同于以往的小型煤氣化，現(xiàn)代化大型煤氣化具有生產(chǎn)規(guī)模大、產(chǎn)量高等特點(diǎn)，因此其項(xiàng)目生產(chǎn)安全性、穩(wěn)定性的受關(guān)注程度也隨之提升。自動(dòng)化儀表的研究與發(fā)展為現(xiàn)代煤氣化裝置連續(xù)、穩(wěn)定和安全生產(chǎn)提供了可能，因此現(xiàn)代化煤氣化裝置對(duì)自動(dòng)化儀表控制的依賴(lài)程度越來(lái)越高，但是值得注意的是，現(xiàn)代煤氣化裝置也必須選擇與自身項(xiàng)目特點(diǎn)相適應(yīng)的自動(dòng)化儀表，才可促進(jìn)自身的持續(xù)健康及穩(wěn)定發(fā)展[1]?；诖?，本文就現(xiàn)代煤氣化項(xiàng)目自動(dòng)化儀表選型做相關(guān)探討。

1 煤氣企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)

煤氣自動(dòng)化是一種運(yùn)用控制理論及儀器儀表、計(jì)算機(jī)等技術(shù)，達(dá)到增產(chǎn)量、提質(zhì)量、降消耗、保安全等目的的現(xiàn)代高技術(shù)。從其定義可知，煤氣自動(dòng)化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但其通過(guò)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)檢側(cè)、控制、優(yōu)化調(diào)度、管理和決策，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程起著明顯的提升作用。

如雙段式煤氣發(fā)生爐DCS控制系統(tǒng)(Distributed Control System，集散控制系統(tǒng))采用4C技術(shù)即多媒體、系統(tǒng)控制、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等，技術(shù)先進(jìn)，性能可靠，功能強(qiáng)大，可以最好地實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)控制和功能[2]。

2 現(xiàn)代煤氣化裝置對(duì)自動(dòng)化儀表控制的依賴(lài)

煤氣自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括工業(yè)自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分[3]。小型煤氣化生產(chǎn)規(guī)模小、產(chǎn)量低、產(chǎn)品單一，企業(yè)儀表配置多采用單回路控制系統(tǒng)，一次儀表以就地機(jī)械儀表為主，以滿(mǎn)足簡(jiǎn)單、適用、方便、快捷、價(jià)廉的要求。然而，現(xiàn)階段小型煤氣化已不適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展要求，取而代之的是大型煤氣化企業(yè)?，F(xiàn)代大型煤氣化企業(yè)不僅生產(chǎn)規(guī)模大、產(chǎn)量高，而且其煤氣化過(guò)程是高溫、高壓下在氣化爐內(nèi)進(jìn)行的復(fù)雜而又劇烈的化學(xué)反應(yīng)，稍有不慎就有可能引起工藝狀況的紊亂及運(yùn)行設(shè)備的事故，造成無(wú)可挽回的損失，故其項(xiàng)目生產(chǎn)的穩(wěn)定性尤其是安全性更加需要注意。而避免現(xiàn)代煤氣化事故發(fā)生僅靠操作人員的努力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)榭焖俚幕瘜W(xué)反應(yīng)是始終在進(jìn)行，人的反應(yīng)總是滯后的，而儀表的可靠性直接影響運(yùn)行裝置的可靠性，因此現(xiàn)代煤氣化裝置儀表的重要性更加突出。要保證煤氣化的順利進(jìn)行，尤其是對(duì)大型現(xiàn)代化煤化工裝置的穩(wěn)定運(yùn)行而言，應(yīng)保障所有與氣化爐相關(guān)的設(shè)備、儀表、電機(jī)等的良好運(yùn)行，各控制閥門(mén)靈活、可靠、準(zhǔn)確、到位，此外還要有操作穩(wěn)定的DCS、ESD的儀表聯(lián)鎖保護(hù)等，操作員只需按操作規(guī)程準(zhǔn)確的按動(dòng)按鈕，即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。綜上所述，尤其對(duì)生產(chǎn)規(guī)模大、產(chǎn)量高、自動(dòng)化程度高的現(xiàn)代化大型煤氣化企業(yè)，其煤氣化裝置對(duì)自動(dòng)化儀表控制的的依靠已不可分割。

3 現(xiàn)代煤氣化裝置涉及的自動(dòng)化儀表及其選型

水煤漿氣化是目前最先進(jìn)的煤氣化工藝之一，用水煤漿進(jìn)料穩(wěn)定可靠，水冷壁掛渣穩(wěn)定。然而，水煤漿氣化裝置高溫高壓設(shè)備多，有可燃易爆物料，如果在自動(dòng)化儀表選型中稍有不慎，會(huì)給危及整個(gè)工藝生產(chǎn)。為此，本文根據(jù)水煤漿氣化工藝的特點(diǎn)，針對(duì)裝置自動(dòng)化儀表的溫度、壓力、控制閥等選型進(jìn)行總結(jié)，為同類(lèi)裝置的工藝設(shè)計(jì)和儀表選型提供參考依據(jù)。

3.1 控制閥

控制閥是化工生產(chǎn)必不可少的設(shè)備。煤氣行業(yè)自動(dòng)化儀表控制閥主要包括氧氣切斷/調(diào)節(jié)閥、合成氣閥、煤漿閥和黑水減壓閥等。六類(lèi)控制閥的要求及選型具體如表1所示。

表1 六類(lèi)控制閥的要求及選型

合理選擇閥體、閥芯結(jié)構(gòu)形式和材質(zhì)，并在滿(mǎn)足基本要求的前提下，根據(jù)具體情況滿(mǎn)足其他要求，是提高調(diào)節(jié)品質(zhì)、延長(zhǎng)閥使用壽命的關(guān)鍵。

3.2 流量?jī)x表

流量是化工生產(chǎn)中一個(gè)重要參數(shù)。水煤漿氣化流量計(jì)一般用差壓式流量測(cè)量?jī)x表。選擇合適的流量計(jì)，可為工藝生產(chǎn)提供更準(zhǔn)確的物料消耗與產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)據(jù)。具體自動(dòng)化流量?jī)x表主要有煤漿流量測(cè)量?jī)x表、氧氣流量測(cè)量?jī)x表及黑水或灰水測(cè)量?jī)x表。其儀表要求及選型如第155頁(yè)表2所示。

3.3 壓力測(cè)量?jī)x表

壓力檢測(cè)在化工行業(yè)非常重要。其壓力測(cè)量?jī)x表的具體選用情況如下：1) 煤氣化常規(guī)介質(zhì)壓力測(cè)量選用彈簧管不銹鋼壓力表或變送器。2) 易沖刷、腐蝕、易堵塞場(chǎng)合的壓力測(cè)量?jī)x表，膜片加厚，膜片材質(zhì)選哈氏合金C耐腐蝕、耐磨損。3) 氧氣介質(zhì)選用氧氣專(zhuān)用壓力表或變送器，并經(jīng)過(guò)脫脂處理。

3.4 溫度測(cè)量?jī)x表

溫度是工藝生產(chǎn)過(guò)程中最基本的控制參數(shù)，溫度檢測(cè)儀表是化工生產(chǎn)應(yīng)用最廣泛的儀表。燃燒室、氣化爐爐壁及黑水/灰水溫度測(cè)量?jī)x表具體選配如下：1) 燃燒室測(cè)量。燃燒室內(nèi)為高溫、高壓、高頻率沖刷、強(qiáng)氧化等環(huán)境，要求熱電偶保護(hù)管應(yīng)耐壓、耐沖刷、抗氧化-還原，熱電偶芯能在1 600 ℃的高溫下長(zhǎng)期工作。如，熱電偶保護(hù)管可采用雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為剛玉，外層為MoSi2金屬陶瓷或耐磨金屬，以達(dá)到耐壓、耐沖刷、抗氧化-還原的要求；熱電偶芯可采用B型高溫?zé)犭娕迹粶y(cè)溫元件中應(yīng)增加一組K型熱電偶，其安裝插入深度需考慮水冷壁內(nèi)壁掛渣和沖刷因素。2) 氣化爐爐壁測(cè)量。氣化爐表面溫度檢測(cè)必須準(zhǔn)確，以保證氣化爐處于安全狀態(tài)。3) 黑水、灰水測(cè)量。黑水、灰水為固液兩相，沖刷、磨蝕較大，保護(hù)管應(yīng)進(jìn)行硬化處理，噴涂碳化鎢或堆焊司太萊硬質(zhì)合金。

表2 水煤漿氣化流量?jī)x表的要求及選型

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代煤氣化裝置對(duì)自動(dòng)化儀表控制的依賴(lài)程度越來(lái)越大，而且自動(dòng)化儀表的應(yīng)用水平對(duì)煤氣化裝置的自動(dòng)化控制極為重要，其關(guān)系到整個(gè)煤氣化裝置能否長(zhǎng)期、穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。因此，不僅要根據(jù)工況條件和工藝數(shù)據(jù)選用正確的自動(dòng)化儀表設(shè)備，還需要參考類(lèi)似裝置在實(shí)際運(yùn)用中的使用經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)裝置自動(dòng)化儀表的控制閥、流量等的選型進(jìn)行總結(jié)，選用最佳的自動(dòng)化儀表設(shè)備，從而提高工藝的控制精度，促使水煤漿氣化工藝的發(fā)展。