內置式閥位檢測系統在煤氣發生爐安全生產中的應用

余士良

(云南云天化股份有限公司云峰分公司 云南宣威 655413)

固定層間歇式煤氣發生爐是煤氣生產及化肥生產行業的主要設備之一，具有工藝簡單、流程緊湊、建設周期短、投資較小等優點，但存在能耗高、檢修頻繁的缺點，特別是控制各個階段流程的油壓座板閥或插板閥動作頻率較高，每小時需開關50～100次，因此閥門的故障率特別高，因閥門故障往往造成煤氣系統氧含量升高，威脅到合成氨系統的安全生產。20世紀90年代前，固定層間歇式煤氣發生爐大多采用水壓控制系統，屬于純機械控制。隨著機電儀一體化技術的發展，后逐漸改為油壓系統配套PC微機控制或油壓系統配套DCS控制，并配套設置油壓閥門閥位檢測信號及聯鎖報警系統，即利用設置在油壓閥門支架上的接近開關作為閥門開關狀態的檢測信號，當油壓閥門打開以后，信號燈亮并反饋至PC微機或DCS控制系統，PC微機面板相應閥門的信號燈亮。后由于煤氣發生爐檢修以及閥門動作頻繁，閥位檢測系統經常出故障和輸出假信號，因此在之后的油壓微機系統改造中取消了閥位檢測系統，而將PC微機或DCS控制系統輸出至電磁閥的電源信號(即電磁閥得電或失電信號)作為閥位檢測信號并反饋給PC微機或DCS控制系統，但當電磁閥得電正常而油壓閥門因機械故障出現卡閥、卡芯現象時，往往不能及時發現，無法確保煤氣發生爐處于安全停車狀態，從而導致氧含量升高或爐底出現爆鳴聲，存在潛在的安全生產風險。

1 煤氣發生爐閥位識別系統存在的問題及風險

煤氣發生爐油壓微機控制系統雖然經過多次改造及完善，但仍暴露出一些安全風險，特別是在吹風閥、三通閥(或下行煤氣閥)、上吹加氮閥的開關程序出現故障(如繼電器故障、閥桿卡閥故障及電磁閥卡芯故障等)后，往往造成煤氣系統中氧含量大幅升高或爐底出現爆鳴聲。煤氣三通閥(或下行煤氣閥)及吹風閥的電液換向閥雖然設置了油路聯鎖，但若出現閥桿卡閥故障或繼電器故障時，就有可能出現煤氣三通閥(或下行煤氣閥)及吹風閥同時處于開啟或半開啟狀態，導致煤氣發生爐在下吹、吹凈等過程中空氣走短路而進入煤氣系統，造成系統氧含量超標或爐底出現爆鳴聲。上吹加氮閥雖然設置了雙閥及雙電磁閥控制，減少了2只閥門同時出現故障的頻次，但當上吹加氮閥出現閥桿卡閥故障或繼電器故障時，仍會造成煤氣總管氧含量升高和爐底出現爆鳴聲。如2017年1月25日，某單位4#煤氣發生爐控制上吹加氮閥的繼電器出現故障，導致上吹加氮閥常開，煤氣發生爐運行至下吹階段氮氣總閥關閉時才停止加氮，雖然沒有造成系統氧含量升高，但仍然造成爐底產生爆鳴聲，單爐系統緊急停爐，引起合成氨系統減量生產；某單位3#煤氣發生爐因機械故障(填料盒卡閥)導致下行煤氣閥在上吹及吹凈過程中無法關閉，空氣直接走短路進入煤氣系統，導致煤氣系統氧含量大幅升高，系統緊急停車進行切氣處理，雖然未造成安全事故，但給生產帶來了極大的影響。諸如此類的隱患現象，各生產企業均時有發生。

2 煤氣發生爐設置閥位檢測系統的必要性及可行性分析

2.1 煤氣發生爐設置閥位檢測系統的必要性

煤氣發生爐工藝閥門開關是否到位一直是安全生產關注的問題。事實證明，只有完善煤氣發生爐系統安全生產設施，提高安全控制系統的功能及先進性，通過不斷的技術創新解決閥位檢測系統故障率高的問題才能提高安全生產的可靠性。因此，煤氣發生爐設置閥位檢測系統是安全生產的前提條件之一。

另外，中華人民共和國安全生產行業標準《合成氨生產企業安全標準化實施指南》(AQ/T 3017—2008)中規定，企業應按照AQ 3013—2008第5.5.2.1和第5.5.2.2條規定配置符合國家、行業標準的安全設備設施，其中造氣系統煤氣化爐應設置的安全設備設施至少應包括：①原料煤帶式輸送機緊急停車設施；②下行煤氣閥和吹風閥安全聯鎖設施；③煤氣下行管、灰斗和爐底空氣管道應安裝爆破片，爆破片必須裝防護罩；④吹風閥應采取雙閥或增裝蝶閥；⑤應設置煤氣爐一次風管線自動放空設施，造氣崗位主要液壓閥要安裝閥位指示。

因此，煤氣發生爐設置主要閥門閥位檢測系統是AQ/T 3017—2008的要求。

2.2 煤氣發生爐設置內置式閥位檢測系統的可行性

(1) 在煤氣發生爐油壓閥門支架上安裝傳感探測器(霍爾開關或接近開關)來實現現場閥門開關狀態檢測功能屬于外置式閥位檢測系統，但由于閥門開關震動、檢修等因素，常出現閥位檢測信號出錯，導致煤氣發生爐出現誤停爐現象，為此，有的企業甚至將其拆除。目前，相關配套技術單位經過技術攻關，開發出內置式閥位檢測系統，即傳感探測器安裝在油缸缸體內部，通過檢測油缸活塞桿的位置變化來實現閥門開關狀態的檢測，具有安全可靠性高、穩定性好的特點，基本不會出現故障。

(2) 煤氣發生爐增設內置式閥位檢測報警及聯鎖系統是在原有油壓閥門上進行改造，無需變更原有工藝流程及閥門，在單爐熄火或熱備用狀態均可進行改造，不影響正常生產，故投資省、改造時間短、安全可靠性高。

(3) 改造技術成熟可靠，應用范圍較廣。在2014年改造不停爐下灰系統時，就成功采用帶內置式反饋信號的油缸進行閥門閥位檢測，2年多來的運行結果證明可靠性較高。

(4) 國內許多化肥生產企業的煤氣發生爐均設置了油壓控制系統的閥位檢測報警系統，有許多成功的經驗可供借鑒。

2.3 煤氣發生爐系統增設閥位檢測系統的范圍

閥位檢測系統的設置包括吹風閥、三通閥(或下行煤氣閥)、上吹加氮閥等工藝閥門，即每臺煤氣發生爐需更換3只帶內置式傳感探測器的油缸，其余的煙囪閥、煤氣總閥、上行煤氣閥、吹風氣回收閥等閥門不必設置，但可考慮設置1個煤氣發生爐上部壓力超標單爐停車聯鎖，以消除因煙囪閥、煤氣總閥、上行煤氣閥、吹風氣回收閥等閥門無法打開而造成爐內憋壓，進而引發爐底爆炸(或防爆板沖破)的現象。

3 煤氣發生爐系統增設內置式閥位檢測系統的方法及控制原理

閥位檢測系統利用DCS系統設置閥位檢測程序，在各臺煤氣發生爐的每個油壓座板閥油缸內設置傳感探測器(霍爾開關)、固定夾板及相關的連接導線(信號反饋電纜線)等。其方法是將吹風閥、三通閥(或下行煤氣閥)、上吹加氮閥油缸改為帶內置式反饋信號的油缸，控制信號反饋至DCS控制系統，通過反饋信號檢測閥門位置，即：當油壓閥門打開時，油缸信號燈亮綠燈；當油壓閥門關閉到位時，油缸信號燈亮紅燈；DCS控制系統進行閥位判別，當出現的信號燈不符合DCS控制程序設置時，經5～10 s(可調)后通過內部聯鎖實現單爐自動停車并發出報警提示。內置式閥位檢測系統與傳統閥位檢測系統的邏輯對比見圖1。

4 內置式閥位檢測系統改造費用

單臺煤氣發生爐改造所需材料費用：80/55- 840型帶內置傳感器三通閥(或下行煤氣閥)油缸以及吹風閥油缸各1只，價格均為2 800元/只；63/40- 400型帶內置傳感器上吹加氮閥油缸1只，價格為1 200元；信號反饋電纜線、穿線管、固定夾板，價格1 000元；合計7 800元。

圖1 內置式閥位檢測系統與傳統閥位檢測系統的邏輯對比

所有材料準備到位后，8 h內可完成1臺煤氣發生爐閥位檢測系統的改造、系統聯鎖調試及試運行工作。

5 結語

煤氣發生爐實施內置式閥位檢測系統改造后，消除了因油壓閥門卡閥或卡芯而導致的煤氣系統氧含量升高或爐底出現爆鳴聲等安全隱患，使合成氨裝置造氣工段滿足AQ/T 3017—2008的要求。