水煤浆加压气化仪表优化配置浅析（转帖）

本文作者：argonnli
        从鲁南化肥厂几年来生产实际和技改经验出发，分析了水煤浆加压气化工艺在国产化进程中仪表优化配置的原因及过程，对这一新工艺在我国大、中、小氮肥厂推广具有一定的指导意义。
　　关键词：仪表优化配置　氧煤比　锁斗系统　楔式流量计
　　仪表是水煤浆加压气化技术中的关键部分。该工艺在我国中氮肥推广前景广阔、但推广的关键之一是仪表的国产化和最优化配置。仪表的合理配置，一方面可以使投资以百万元计降低，另一方面可以提高开车成功率，减少开停车次数，为企业带来更大的经济效益。
1　利用微机全面提高控制水平
　　鲁南化肥厂水煤浆加压气化装置具有全新的技术、节能的工艺、成熟的设备、科学的控制思想，是世界一流水平的现代化大工厂，选用美国罗斯蒙特公司的RS-3微机和莫迪康公司的大型PLC进行控制。
1.1　微机拓宽了控制思路
　　水煤浆加压气化是入炉纯氧气和水煤浆在高温高压下发生的剧烈火焰型反应，安全性要求极高。很多检测点和连锁点都有多台仪表同时控制，在兼顾安全性和可靠性的前提下，采用许多3选2或4选2连锁系统，并开发出中值选择系统用于氧煤比调节。3选2，即3台仪表中有2台发生故障或发出停车信号，立即停车；4选2亦如此。中值选择即一个工艺参数同时有3台表检测，取中间值参与控制，避免了1台表发生故障而停车。之所以取中间值而不取平均值，是因为当3台表中有1台发生故障跑零下或跑最大，平均值将严重偏离实际值，中值则避免了这一点。这些3选2或中值选择在常规仪表难以实现或实现比较麻烦，而在微机上可以很方便地实现且不必增加任何投资，大大拓宽了控制思路，特别是常规仪表无法实现的复杂控制，微机均可方便地实现。
1.2　微机有利于仪表的优化配置
　　鲁南水煤浆气化装置选用DCS和PLC控制，但现场仪表在设计选型方面仍没有摆脱传统设计思想，还保留少量的气动基地式调节仪表和质量较差的气动浮筒液位计，与先进的生产工艺极不协调。如灰水罐、火炬水封槽、除氧器液位，原用气动浮筒故障频繁，维修时间长，有的开车期间又不能修理，严重地制约生产，影响安全。改为电动差压变送器，引入计算机，提高了测量精度，减少了二次表的故障。在中控室实现调节的同时，并可随时检查，不必去现场，减少了劳动强度和故障停车，提高了安全性，优化了工艺操作。
1.3　微机有利于仪表的重复利用和计量考核
　　DCS都具有在线组态功能，现场仪表根据工艺要求变化了，微机可方便快捷地随现场仪表的改变而调整。如该厂增加了续建项目，工艺参数的数量增加了，现场流量改用大范围的仪表，微机随之调整量程。如果现场仪表需更换又没有合适的仪表，可用大范围的仪表代替，由微机做简单地调整即可。这样可使一表多用。
　　利润是企业的生命，因此提高经济效益、降低成本、加强计量考核，成为企业的一项重要工作。常规仪表用于生产控制、瞬时显示还可以，但用于计量考核表现出精度低、误差大，计算机用于计量累积，精度可达0.05%以上，是常规仪表无法达到的。计算机按要求每24h打印一次，不用人工抄数，去掉了一切人为因素，具有权威性。
1.4　计算机可方便地实现温度压力校正
　　水煤浆加压气化工艺要求严格控制氧煤比，煤浆流量易测量，氧气流量受温度、压力影响较大，可按公式p1V1T2＝p2V2T1对流量进行温度压力校正，提高了计量精度。液氨密度受温度影响很大，在计算质量流量时可用经验公式进行温度补偿。
2　现场仪表的改进及优化配置
　　鲁南水煤浆加压气化装置作为我国第1套装置，工艺、仪表、设备、电气各个方面都需要逐步完善。
2.1　安全逻辑系统改进
　　1)安全逻辑系统由17个阀门和20多台仪表组成，其中氧气管道上的1个流量控制阀OFV-208和两个切断阀OBV-01，OBV-02，原设计均为进口蝶阀，OFV-208在生产实际中开度只有5%～8％，开度太小无法投入自动，不利于生产控制。改为国产气动套筒调节阀，开度一般为70%～80％，并投入自动运行，效果一直很好。OBV-01，OBV-02是单向密封，反向泄漏量大，达不到气密性要求。在停车瞬间气化炉内煤气易反向进入氧化管道发生爆炸。后改为气动球阀，满足了生产要求。
　　2)OBV-01，OBV-02两阀的开和关，在原设计中同时受煤浆循环阀SRV-01和煤浆切断阀SBV-01，SBV-02 3个阀的控制，即当SRV-01关闭，SBV-01，SBV-02打开时，OBV-01、OBV-02才能打开。为了提高可靠性，在安全性不变的条件下，改为SBV-01控制OBV-01，SBV-02控制OBV-02，去掉了3个易出故障的低值选择器。而在计算机内用软件实现原控制方案。生产上小小的改进，就会产生巨大的经济效益，该厂曾因低值选择器损坏造成停车。有人初步估算每次停车损失约12万多元。
　　3)安全逻辑系统设计很严密，每个阀的打开和关闭都有行程开关，在中控室半模拟盘和CRT上同时显示阀的运行状态。每个阀带有阀位变送器，输出0.02～0.1MPa，用于现场气动连锁；还带有阀位气-电转换器，输出4～20mA信号至计算机用于电连锁。这3者功能一样，安全性提高了，在恶劣的环境下故障点却成倍的增加了。
2.2　煤浆流量仪表改进及优化配置
　　1)在原设计中，反应煤浆流量的有3台仪表：1台电磁流量计FT-207，1台孔板流量计FT-205和高压煤浆泵转速ST-202，3选2进入安全逻辑系统。在生产实际中，如果高压煤浆泵有1个缸不打量，泵转速不变的情况下，实际流量只有原来的六七成，因此泵转速不能准确地反应实际煤浆量。孔板流量计取压孔经常被煤浆堵塞而无法测量，开车时又无法处理；如加冲洗水将稀释煤浆浓度，降低产量，生产上不允许。因此将FT-205改为电磁流量计，同时在煤浆管线上再加1台电磁流量计FT-206，与FT207一起(3选2)进入安全逻辑系统，并根据这3台表的信号取中值进入氧煤比值调节系统。
　　2)测量煤浆是体积流量，生产用的是质量流量，因此增加了核密度计，体积流量和密度信号进入计算机，由计算机转换为质量流量，参与氧煤比调节。
2.3　灰水系统仪表改进
　　1)阀的改进，灰水系统渣水混合，磨蚀严重，又特别重要，设计均用进口阀，如FV-212／262，LV-218／268等，使用周期短，又找不到备件。改为国产阀，对症下药，使用周期延长了，费用降低了一半，而且厂家实地考查，随坏随修，效果很好，既满足了生产的要求，又有利于研究。
　　2)表测量改进，灰水系统温度在195℃以上，腐蚀性物质多，又有灰渣磨蚀，一般仪表无法测量，用孔板测量，配带双法兰差压变送器，原设计取压孔水平向下45°角，堵塞严重。改为取压孔与管道垂直向上，避免堵塞。
　　3)自制楔式流量计测量含渣灰水
　　气化炉出口灰水温度高(205℃)，含渣量大(3%～5％)，急流侧冲蚀严重，缓流侧结垢，经常堵塞取压孔，孔板使用一段时间后被磨成椭圆形，无法准确计量。多方论证后，决定试用楔式流量计。由于定做价格昂贵且无把握，决定自制，首先在FT-212上试用，运行一年来事故为零，解决了灰水测量难的问题。
3　锁斗顺控系统完善及改进
　　锁斗控制系统是用美国莫迪康公司大型PLC，MODICON984控制的。
3.1　改进LHV-11A，B阀
　　锁斗顺控系统共12个阀，其中LHV-11A，B两个阀是并联的，作用一样，位于捞渣池内。由于环境恶劣，蒸汽多、温度高，阀执行机构损坏频繁，检修危险性大。因此，为方便检修，将两个阀改为1个阀，并改为长行程执行机构移到渣池外，运行几年来性能很好。
3.2　限位开关改进
　　原为机械式限位开关，易进水烧坏；时间一长，接触不良，锁斗无法正常运行，每次都必须到几层楼高的现场处理，危险性大，劳动强度高。改为国产磁接近开关，密封性好，它可以与阀的磁铁或铁片有一定距离，不需要完全接触。运行几年来故障率几乎为零，节省了备件，降低了劳动强度。
3.3　进口阀气路改进
　　LHV-1，2，3，4进口阀气路复杂，且元件全部为英制标准，不适应我国的生产实际，故障率高，一旦出了问题，很难找到元件后给生产造成被动。在保证安全的前提下，全部改用国产元件的效果十分明显，故障率大大降低。仅LHV-1阀改造后就去掉4个气动三通阀、两个止回阀、1个储气罐及数百个的各式管件。
3．4　无故障运行周期延长
　　锁斗系统自1995年改造以来，无故障运行周期由原来的不足一天达到现在几乎半年不出问题。
4　结束语
　　经过几年来的生产实践和技改技措，水煤浆加压气化工艺逐渐走向成熟，仪表配置基本实现优化。当然发展是无止境的，如煤浆流量、煤浆浓度、气化炉进出口温度、煤气流量、煤气成分及灰渣含碳量等参数，由计算机进行在线物料平衡，并推测气化炉温度等，都是具有推广价值的课题，有待于进一步开发研究。再如安全逻辑系统行程开关、阀位变送器、气／电转换器功能一样，故障点太多。如何在兼顾安全性和提高可靠性的前提下，将气／电转换器去掉，将会使故障率大为降低。