煤化工氣化爐電儀自動化控制系統優化改進

徐 力，王 健

（新能鳳凰滕州能源有限公司，山東滕州 277527）

煤化工氣化爐電儀自動化控制系統優化改進

徐 力，王 健

（新能鳳凰滕州能源有限公司，山東滕州 277527）

針對多噴嘴對置式水煤漿氣化爐運行過程中遇到的問題，分析了原因，對原設計的燒嘴冷卻水聯鎖和冷卻水泵快速啟動進行了優化和完善，效果良好，收到了較好的經濟效益。

氣化裝置；冷卻水泵；控制連鎖

0 引 言

新能鳳凰（滕州）能源有限公司坐落于山東魯南煤化工高科技工業園，以高硫煤為原料、潔凈煤技術為核心，該項目是山東省重點項目，公司現有三套四噴嘴對置式水煤漿氣化裝置，運行方式兩開一備，配套年產72萬t甲醇。

多噴嘴對置式水煤漿氣流床氣化工藝，在高溫（＜1350℃）、高壓（＜6.5 MPa）下進行氣化反應生成水煤氣，作為甲醇生產的原料氣。單臺氣化爐裝置日處理煤（干基）：1 560 t／d，產生有效氣體：（CO＋H2）101200 m3（標）／h。

2009年一次投料成功投運，這是多噴嘴對置式水煤漿氣化技術自華魯恒升、兗礦國泰、兗礦魯化、江蘇靈谷和江蘇索普后投入運行的第6家用戶。

1 燒嘴冷卻水流程

水煤漿和氧氣，通過四個對稱均布在同一水平面的工藝燒嘴，噴射進入氣化爐內并霧化，燒嘴在高溫下工作，為了保護燒嘴，在端部有冷卻盤管和水夾套，通入的冷卻脫鹽水冷卻燒嘴，減輕高溫損壞。脫鹽水首先送入燒嘴冷卻水槽，由燒嘴冷卻水泵加壓后，送入燒嘴冷卻水換熱器，然后分四路分別進入對應的工藝燒嘴的冷卻盤管。出燒嘴冷卻盤管的水，分別進入對應的燒嘴冷卻回水分離罐中，燒嘴冷卻回水分離罐的冷卻水依靠重力流回燒嘴冷卻水槽。

2 嘴冷卻水SIS系統聯鎖的探索和改造

2.1 生產監控操作FOXBORO DCS系統

公司生產監控操作采用FOXBORO DCS系統，氣化爐安全聯鎖控制系統采用Trident用于裝置連鎖邏輯控制，確保開車、停車和氣化爐吹掃的安全。

SIS分為三個不同的功能：程序、聯鎖和自動跳閘機構。

自動跳閘機構用于監控裝置的運轉情況，如果出現潛在不安全的工況，就促使氣化爐停車。

2.2 存在問題

燒嘴是氣化爐的核心設備，在氣化爐運行時，燒嘴前部受爐內高溫高壓氣流沖刷，會出現燒嘴冷卻盤管腐蝕與損壞，當出現開裂及冷卻水泄漏時，必須停車。在開車運行中出現過氣化爐燒嘴冷卻水盤管突然斷裂，煤氣穿透燒嘴冷卻水管而著火，操作人員及時發現按下手動急停按鈕 ，避免了事故擴大。

2.3 原因分析

（1）原設計燒嘴冷卻水聯鎖條件為：出口溫度高高、入口壓力高高、入口流量低低，三選二條件達到觸發條件事燒嘴冷卻水進、出口閥關，氣化爐裝置停車。

（2）通過SIS系統的趨勢截圖（圖1）分析發現，雖然燒嘴冷卻水入口流量低低觸發條件達到高報值，但是燒嘴冷卻水出口溫度HH、燒嘴冷卻水入口壓力LL沒達到觸發條件高報值，造成停車保護連鎖反應滯后。

圖1 歷史趨勢

2.4 處理方法

此類事故發生兩次，給現場巡檢人員、設備的安全運行和生產的安全運行帶來極大的安全隱患。經過研究分析并結合我公司的設備狀況，對SIS系統連鎖進行一系列的改進措施：

（1）原三選二聯鎖維持（燒嘴冷卻水入口流量低低、燒嘴冷卻水入口壓力高高、燒嘴冷卻水出口溫度高高）；

（2）增加燒嘴冷卻水入口流量低低聯鎖；（3）增加出口流量聯鎖高高；（4）增加冷卻水流量差聯鎖；（5）調整四選一聯鎖的延時時間。

2.5 連鎖完善后的效果

在2012年出現的兩次燒嘴冷卻水聯鎖觸發的停車后的燒嘴拆檢中，發現燒嘴冷卻水盤管已經燒穿，同時通過SIS趨勢截圖（圖2）及SOE記錄分析驗證了，改造后的停車保護聯鎖反應迅速及時可靠，有效解決了此類問題。

圖2 歷史趨勢

表1 SIS系統SOE收集

3 燒嘴冷卻水泵快速啟動探索和改造

3.1 燒嘴冷卻水泵控制連鎖

燒嘴冷卻水泵自啟動控制系統采用FOXBORO DCS進行裝置的監控運行，當燒嘴冷卻水總管壓力低至PT1210L整定值時，P1201B備用泵自啟動；壓力低至PT1200LL整定值時，事故燒嘴冷卻水泵啟動；當壓力低至PT1201LLL時，事故燒嘴冷卻水罐出口閥XV1210打開向燒嘴提供冷卻水，同時事故燒嘴冷卻水罐液位低低或燒嘴冷卻水流量低于會引發氣化爐聯鎖停車。

3.2 存在問題

2012年至2013年氣化裝置燒嘴冷卻水管線由于晃電、設備檢修及操作原因多次出現冷卻水壓力快速下降，觸發燒嘴冷卻水流量低低連鎖導致氣化爐裝置緊急停車。

3.3 原因分析

（1）現有燒嘴冷卻水泵壓力聯鎖啟動后，運行泵停止到備用泵啟動有6－12s的時間差，這期間燒嘴冷卻水壓力迅速下降（LL）（圖3），導致SIS系統連鎖觸發氣化爐裝置停車（圖4）。

圖4 連鎖觸發氣化爐裝置停車

圖3 冷卻水壓力迅速下降

3.4 處理方法

（1）燒嘴冷卻水泵控制系統改造的目的是加快備泵和事故水泵的啟動時間（備用泵從啟動到電流調節正常約12 s時間），因此，由電氣部門增加硬聯鎖，即當燒嘴冷卻水運行泵停車后備用泵通過連鎖直接啟動，若備用泵也無法啟動，則事故燒嘴冷卻水泵（P1204）立即啟動。

（2）儀控DCS連鎖改造與電氣結合起來（圖5），根據現有冷卻水泵P1201A和P1201B，當工藝選擇“備泵”后，自啟動聯鎖信號引入“停”運行狀態和“小于15 A電流”信號二選二進行判斷，新方案將這兩個信號引入原壓力控制啟泵組態。

圖5 P1201A自啟動聯鎖系統邏輯圖

3.5 完善后的效果

（1）2013年，DCS監控到燒嘴冷卻水泵主泵B停后（圖6），電流信號（IT_P1201B）由250.5 A掉到4.8 A，泵的狀態發生色變顯示已經停轉，這時A泵迅速自啟動（圖7），電流信號（IT_ P1201B）由0到279.38 A，啟動時間大幅縮短至3 s，燒嘴冷卻水管線壓力快速穩定到正常值，氣化裝置系統未受到影響運行正常（圖8）。

圖6 冷卻水泵B停后

圖7 冷卻水A迅速自啟動

圖8 燒嘴冷卻水管線壓力快速穩定到正常值

（2）DCS系統趨勢反應出在2013年運行過程B泵突然停止后，A泵及時啟動，在連鎖條件觸發前快速提升燒嘴冷卻水管線壓力，避免了氣化裝置的停車。

主泵B停，備泵A啟動冷卻水壓力從正常→低→正常，用時2秒。

燒嘴冷卻水壓力從正常→低→正常，用時3 s。

4 結束語

經過大家的共同努力，現在氣化裝置在滿負荷下一直運行比較平穩，針對多噴嘴對置式水煤漿氣化爐運行過程中遇到的問題，分析了原因，對原設計的燒嘴冷卻水聯鎖和冷卻水泵快速啟動進行了改造和完善，效果良好，收到了較好的經濟效益。

ystem optimization and improvement of coal chemical gasification furnace automatic control instrument

Xu Li,Wang Jian
（New energy Phoenix Tengzhou Energy Co.，Ltd.，Tengzhou Shandong 277527，China）

In view of the problems encountered in the running process of the opposed multi nozzle coal water slurry gasifier，analyzes the reasons，the original design of the burner cooling water interlock and cooling water pump quick start has been optimized and improved，the effect is good，received a good economic benefit.

gasification plant；cooling water pump；control chain

TB657

B

1003-6490（2015）03-046-04

2015－04－20

徐力（1974－）男，山東滕州人，助理工程師，主要從事化工電氣設備技術管理工作。