關于自動化儀表在轉化爐運行中應用的研究

趙志偉

摘 要：唐山中潤煤化工有限公司設計年產20萬噸的甲醇生產裝置，在焦爐煤氣轉化生產過程中，焦爐煤氣與純氧在轉化爐中進行自熱轉化，爐內溫度1300-1500℃，壓力2.0-2.5MPa，屬典型的高溫高壓設備，在業內被定性為重大危險源，必須采用安全可靠的控制方法，確保設備可控、穩定、安全。文章主要介紹自動化儀表在轉化爐生產控制當中的典型應用。

關鍵詞：轉化爐；儀表；聯鎖；溫度

1 概述

焦爐煤氣與純氧在轉化爐中進行自熱轉化，亦稱部分氧化及蒸汽轉化反應，即在轉化爐上部燃燒室內，焦爐煤氣中的CH4、CnHm、H2與純氧蒸汽中的氧燃燒，溫度達1300-1500℃，放出大量的熱，高溫氣流經過下部觸媒，煤氣中的CH4以及烯烴等在鎳觸媒的作用下，與蒸汽進行轉化反應，通過控制氧氣、煤氣、蒸汽量，控制好水碳比，生成合成甲醇需要的H2、CO、CO2。

轉化爐屬于高溫高壓反應容器，結合轉化爐結構以及工藝圖，要實現轉化爐設備安全、生產安全，必須滿足安全指標，需要從以下幾個方面考慮。

（1）燒嘴是承受爐內最高溫的設備，其保護水、保護蒸汽不能間斷，轉化爐夾套水不間斷。

（2）轉化爐不超溫、超壓，測點穩定可靠，控制均勻。

（3）反應介質配比適當，不產生爆炸極限濃度，壓力滿足P蒸汽>P氧氣>P煤氣。

（4）故障時介質的放散、切斷、聯鎖設置合理。以下將從幾方面分析自動化儀表在轉化爐生產控制當中的應用與改進。

2 分析

轉化爐需要一套完善的冷卻系統，夾套水采用循環水對爐體冷卻，出口壓力維持0.35MPa，夾套回水約30℃。在實際生產過程中，可以通過壓力、溫度的變化判斷轉化爐可能出現的故障點，例如我廠某次發現轉化爐夾套水溫度上漲、壓力波動，判斷爐體出現泄漏點，檢修發現轉化爐內襯底部積淤嚴重，出現砂眼、裂紋，煤氣竄入夾套水系統，引起水溫上漲、壓力波動。經過分析，循環水水質差，淤垢腐蝕性大，極易引起設備薄弱環節損傷，為此在夾套水入口管道設置副線加管道泵，加強水循環，減緩淤垢堆積，并定期檢查清理，同時設置泵故障聯鎖，當泵停止運行時打開副線切斷閥，確保冷卻水不間斷。

轉化爐燒嘴的冷卻保護包含兩方面，一路是持續通入的高溫蒸汽，另一路持續通入脫鹽水保護。燒嘴保護泵是燒嘴保護脫鹽水的提壓、輸送設備，為了防止燒嘴燒毀事故，設計上設置了燒嘴保護泵聯鎖，我廠根據事故處理經驗，事故槽容量有限，持續時間短，在兩臺泵的基礎上，增加了一路應急冷卻水源，將事故水改為應急消防水，并對聯鎖進行了改進（見圖1），解決了泵電源故障無法啟動時燒嘴失去保護的問題。

在生產當中，當焦爐煤氣量驟減或者氧氣驟增時會造成轉化爐爐膛飛溫，造成嚴重事故。在轉化爐燃燒室、觸媒床層以及出口有溫度檢測熱電偶。需要注意的是轉化爐長期高溫，所以我廠熱電偶套管材質采用了鈷基耐磨合金，￠40*8/￠6，加厚了套管壁厚，增大了熱偶空間，避免了套管由于高溫、擠壓而引起的變形、粘結，提高了溫度測點穩定性。同時設計了轉化爐超溫雙選聯鎖，溫度超過990℃時發出超溫報警，超過1100℃時，切斷氧氣入料閥，打開氧氣放散閥，并鎖定閥門狀態。轉化爐另一個重要的聯鎖保護是氧氣與焦爐煤氣的差壓聯鎖，生產過程中必須要保證氧氣壓力高于煤氣壓力，否則煤氣竄入氧氣管道發生爆炸，造成嚴重事故，所以必須保證儀表的穩定性以及保護聯鎖的合理性。根據生產經驗，我廠轉化爐溫度、壓力都做了雙選處理，并在儀表選型、安裝上進行了改進。

原設計轉化爐入口焦爐煤氣壓力測點一次表安裝在地面儀表箱內，而取壓點位于轉化爐入口管線頂端，之間通過￠18*3的取壓管連接，并做蒸汽伴熱保溫，結果由于伴熱系統偶然性流通不暢或者取壓管堵塞造成假信號，引起停車事故。根據經驗進行改進，二次表直接在煤氣管入口短取壓安裝，省去原來10米長的取壓管，利用管道熱量保溫伴熱，避免了測點假信號的產生，同時在預熱爐煤氣出口管道上用同樣的方式安裝了另一個測點，把該兩點作為聯鎖煤氣壓力點。設計聯鎖如圖2，測點雙選，差壓小于0.2MPa時報警，小于0.1MPa時發出聯鎖信號，通過置位功能塊，實現故障后對切斷、放散閥門狀態的鎖定，直至工藝確認并復位。

實踐表明，經過改造后的自動化儀表應用比原設計更具有實用性，大大提高了儀表使用的穩定性，滿足不同工況時使用條件，杜絕了高溫煤氣竄入氧氣管道等危險事故的發生，安全儀表的合理設置，實現了轉化爐在非正常情況下的自動處置，實現了一定的安全、經濟效益，為公司重大危險源管理奠定了一定基礎。

參考文獻

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