淺析德士古氣化裝置安全停車聯鎖系統

張 軍

(陜西神木化學工業有限公司，陜西神木 719319)

陜西神木化學工業有限公司(以下簡稱神木化工)年產600 kt精甲醇項目是通過氣化、變換、凈化、合成、精餾等主要工藝流程，將煤炭轉化為基礎化工原料甲醇。其中氣化裝置采用了美國GE公司德士古水煤漿加壓氣化技術，水煤漿和純氧經工藝燒嘴進入氣化爐，在壓力3.8 MPa、溫度1 300 ℃左右的條件下發生氣化反應，生成以CO+H2為主要成分的粗合成氣。氣化爐安全停車聯鎖是德士古氣化工藝中最重要的組成部分，也是氣化爐停車的安全保障。經過多年不斷的摸索和研究，對氣化爐安全停車聯鎖進行了優化和改進，使氣化系統更加安全、合理。

1 德士古氣化爐工藝介紹

德士古水煤漿加壓氣化采用流化床反應器，其工藝流程為：合格的水煤漿經高壓煤漿泵加壓至4.25 MPa后，連同空分送來的純度為99.6 %(體積分數，下同)的高壓氧氣按照一定比例的氧煤比通過工藝燒嘴充分混合霧化后進入氣化爐燃燒室中。在氣化爐中水煤漿與氧發生氣化反應，生成以CO+H2為主要成分的粗合成氣。反應后的粗煤氣和熔渣一起流經氣化爐底部的激冷室激冷后，使氣體和固渣分開；激冷后的粗煤氣再經文丘里洗滌器和合成氣洗滌塔二級洗滌除塵后(溫度為216 ℃、壓力為3.74 MPa)，被送至變換工序。熔渣被激冷固化后，由氣化爐底部激冷室進入鎖斗，定期排入渣池，再由渣池中的刮板輸送機將粒化渣從渣池中撈出，然后裝車外送[1-3]。

2 氣化爐安全停車聯鎖要求

由于氣化爐內發生的是在高達1 300 ℃、3.8 MPa、純度為99.6%高壓氧氣操作條件下的反應，氣化反應生成的粗合成氣屬于易燃、易爆的有毒有害氣體，其爆炸級組為dⅡCT4。為確保生產裝置安全運行和減少事故，避免發生人身傷亡事故和設備損壞事故，氣化爐安全停車聯鎖合理、可靠的運行是極其重要的。

氣化爐的安全停車聯鎖是氣化裝置所有聯鎖中最為重要的聯鎖，關系到氣化爐能否安全、順利地停車。停車時，主要保證氧氣切斷閥XV1205和XV1206、煤漿切斷閥XV1202立刻關閉，高壓氮氣切斷閥XV1204和XV1209立刻打開，迅速吹掃煤漿和氧氣管線，并在氧氣管線上2只切斷閥XV1205與XV1206之間形成高壓氮封，以保證隔絕氣化爐和氧氣系統。

3 氣化爐安全停車聯鎖系統

氣化爐的安全停車聯鎖系統采用三重化冗余系統(即緊急停車系統ESD)，對安全停車聯鎖系統的關鍵參數采用三取二表決處理，聯鎖系統的重要輸出采用雙電磁閥的結構。ESD系統具備與集散控制系統(DCS)進行高速通訊的能力，能夠及時將聯鎖系統的工藝參數傳送給操作人員，又能及時接受DCS的指令[4-5]。下面結合神木化工一期氣化裝置，介紹德士古氣化爐安全停車聯鎖的具體設計及應用。

原始設計氣化爐安全停車聯鎖條件共16個，任何一個條件發生都會使停車觸發器動作，進而引發氣化爐緊急停車。

氣化爐安全停車聯鎖系統是通過系統各重要運行參數，如儀表空氣壓力PIA1230APIA1230BPIA1230C、氧氣流量FIA1204FIA1205FIA1206、煤漿流量FIA1201FIA1202FIA1203、合成氣出口溫度TIA1211TIA1212TIA1213、氣化爐液位LI1201LI1202LI1203、氧煤比R-1201等參數來控制進料系統各閥門的動作，以達到系統安全運行的目的。它對現場儀表及閥門的可靠性、進料系統的安全性、控制系統的可靠性等都有很高的要求。參與氣化爐安全停車聯鎖的儀表、閥門必須性能穩定，聯鎖中對重要的參數，如煤漿切斷閥ZIO1-1202LIO2-1202T1202、煤漿循環閥ZIC1-1203HIC2-1203T1203、氧氣放空閥ZIC1-1207IC2-1207T1207等閥位，都采用三選二的跳車方式。進料系統兩相關量(煤漿和氧氣)，采用多重聯鎖安全措施，如閥位聯鎖和流量聯鎖等，確保爐中過氧時不會發生爆炸以及爐中過煤漿時不會熄火。控制系統通常采用獨立的高可靠性的ESD，開關量的輸入信號采用雙路并聯，分別進入2個不同的卡件進行聯鎖，輸出也同樣采用從2個相互獨立的卡件輸出信號，控制閥門上的雙電磁閥。

4 氣化爐安全停車聯鎖條件的優化

4.1 氧氣流量低低停車

原設計氣化氧氣流量低低停車值5 000 m3/h(標態)，流量三選二；原延時0.5 s停車，現改為延時2 s停車。

該聯鎖設置的主要目的是為了保證煤漿進入氣化爐后有足夠的氧氣量，以確保需要的化學反應能正常進行。在實際生產中，若遇氧氣壓力突然異常波動，操作人員沒有及時發現，氧氣流量達到5 000 m3/h(標態)，流量三選二，延時0.5 s就會停車；延時至2 s停車，就會給操作人員爭取到一定的緊急處理時間，可避免類似的停車事故。

氧氣流量低低停車從延時0.5 s改為延時2 s，向氣化爐多送氧氣2.08 m3(標態)、向氣化爐多送煤漿0.01 m3。因此，氧氣流量低低停車值5 000 m3/h(標態)，流量三選二，原延時0.5 s停車，現改為延時2 s停車，不會給氣化爐安全運行帶來危害。

4.2 氣化爐合成氣出口溫度高高停車

原設計氣化爐出口合成氣溫度高高停車值250 ℃，三選二，原延時0.5 s停車，現改為延時10 s停車。

該聯鎖設置的主要目的是遇到激冷室液位低等導致合成氣溫度高高達到停車值250 ℃，三選二，原延時0.5 s停車，以保護激冷環和下降管。在實際生產中，合成氣溫度為220 ℃左右，很少遇到因為激冷室液位低(氣化爐停車條件之一)、激冷水流量低(氣化爐停車條件之一)等導致合成氣溫度高高達到停車值250 ℃(儀表異常波動除外)。合成氣溫度從220 ℃左右升至250 ℃，需要有一個過程，一般不會短時間內從220 ℃左右升至250 ℃(儀表異常波動除外)。因此，為了避免儀表異常波動，并保證操作人員有應急反應時間，將延時0.5 s改為延時10 s停車，不會給氣化爐安全運行造成危害。

4.3 氣化爐壓差高高停車

氣化爐壓差高高停車值為0.15 MPa，原延時0.5 s，現改為延時10 s停車。該聯鎖設置的主要目的是防止因其他原因導致氣化爐渣口或合成氣出口堵塞，影響氣化爐安全運行。該聯鎖在實際生產中會遇到儀表異常波動達到0.15 MPa或氣化爐壓差波動瞬間達到停車值0.15 MPa后又快速下降的現象，由于延時只有0.5 s，氣化爐很容易停車。根據考察，神木化工二期氣化爐設計沒有設置該停車聯鎖，咸陽化工將該聯鎖從不延時改為延時5 min停車，內蒙匯能氣化爐運行一直沒有投用該聯鎖。因此，將該聯鎖延時至10 s停車，不會給氣化爐安全運行帶來隱患。

5 增設氣化爐停車聯鎖條件

5.1 增設高壓煤漿泵入口壓力低低停車條件

氣化裝置開車初期，煤漿管線電磁流量計經常無規則波動，儀表人員多次維修和聯系生產廠

家均沒有解決問題。2005年1月24日，煤漿流量低低聯鎖解除期間，低壓煤漿槽出口管線堵塞，導致高壓煤漿泵入口至氣化爐煤漿斷流，氣化爐過氧發生閃爆。為了避免類似事故發生，更換了電磁流量計廠家，并將PT1201高壓煤漿泵入口壓力低低加進氣化爐停車聯鎖條件中，PT1201量程為0～200 kPa，正常值為120 kPa，報警值為80 kPa，聯鎖值為40 kPa。

5.2 增設激冷水流量低低停車條件

氣化裝置激冷水由于水質較差，經常會出現激冷水管線結垢現象，開車初期偶爾會發生堵塞激冷水管線，導致氣化爐液位突然降低聯鎖停車。雖然設置了氣化爐液位低低聯鎖，可保證激冷水斷流不會發生較大事故；但由于激冷水突然斷流，在氣化爐煤漿和氧氣正常工作的情況下，會對氣化爐內激冷環、下降管等零部件造成損傷，因此給氣化爐增加了FT1308激冷水流量低低停車聯鎖，FT1308量程為0～200 m3/h，正常值為120 m3/h，報警值為80 m3/h，聯鎖值為40 m3/h。

5.3 增設燒嘴壓差低低停車條件

對氣化裝置進行危險與可操作性(HAZOP)分析，高壓煤漿泵輸送的水煤漿壓力4.25 MPa，氣化爐壓力3.8 MPa，若煤漿管線出現大量泄漏時，氣化爐壓力很快會竄進煤漿管線進而發生重大事故。為防止此類事故的發生，增設了PDT1216燒嘴壓差低低停車聯鎖，PDT1216量程0～2.5 MPa，正常值為0.4 MPa，報警值為0.1 MPa，聯鎖值為0.02 MPa。

6 結語

神木化工德士古氣化裝置通過改進和完善后，系統運行平穩。經過多次開停車實踐證明，優化后比原設計更安全、更合理，保障了系統的安全、穩定、長周期、滿負荷、優良運行。

參考文獻

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