現代煤氣化裝置自動化儀表選型探究

張 偉

(同煤廣發化學工業有限公司，山西 大同 037000)

引 言

現階段，隨著科學技術的不斷發展，現代大型煤氣化企業不斷涌現出來。然而，不同于以往的小型煤氣化，現代化大型煤氣化具有生產規模大、產量高等特點，因此其項目生產安全性、穩定性的受關注程度也隨之提升。自動化儀表的研究與發展為現代煤氣化裝置連續、穩定和安全生產提供了可能，因此現代化煤氣化裝置對自動化儀表控制的依賴程度越來越高，但是值得注意的是，現代煤氣化裝置也必須選擇與自身項目特點相適應的自動化儀表，才可促進自身的持續健康及穩定發展[1]。基于此，本文就現代煤氣化項目自動化儀表選型做相關探討。

1 煤氣企業自動化系統

煤氣自動化是一種運用控制理論及儀器儀表、計算機等技術，達到增產量、提質量、降消耗、保安全等目的的現代高技術。從其定義可知，煤氣自動化系統本身并不直接創造效益，但其通過對工業生產過程實現檢側、控制、優化調度、管理和決策，對企業生產過程起著明顯的提升作用。

如雙段式煤氣發生爐DCS控制系統(Distributed Control System，集散控制系統)采用4C技術即多媒體、系統控制、計算機和網絡通訊技術等，技術先進，性能可靠，功能強大，可以最好地實現各項控制和功能[2]。

2 現代煤氣化裝置對自動化儀表控制的依賴

煤氣自動化系統主要包括工業自動化軟件、硬件和系統三大部分[3]。小型煤氣化生產規模小、產量低、產品單一，企業儀表配置多采用單回路控制系統，一次儀表以就地機械儀表為主，以滿足簡單、適用、方便、快捷、價廉的要求。然而，現階段小型煤氣化已不適應時代的發展要求，取而代之的是大型煤氣化企業。現代大型煤氣化企業不僅生產規模大、產量高，而且其煤氣化過程是高溫、高壓下在氣化爐內進行的復雜而又劇烈的化學反應，稍有不慎就有可能引起工藝狀況的紊亂及運行設備的事故，造成無可挽回的損失，故其項目生產的穩定性尤其是安全性更加需要注意。而避免現代煤氣化事故發生僅靠操作人員的努力是遠遠不夠的，因為快速的化學反應是始終在進行，人的反應總是滯后的，而儀表的可靠性直接影響運行裝置的可靠性，因此現代煤氣化裝置儀表的重要性更加突出。要保證煤氣化的順利進行，尤其是對大型現代化煤化工裝置的穩定運行而言，應保障所有與氣化爐相關的設備、儀表、電機等的良好運行，各控制閥門靈活、可靠、準確、到位，此外還要有操作穩定的DCS、ESD的儀表聯鎖保護等，操作員只需按操作規程準確的按動按鈕，即可實現穩定運行。綜上所述，尤其對生產規模大、產量高、自動化程度高的現代化大型煤氣化企業，其煤氣化裝置對自動化儀表控制的的依靠已不可分割。

3 現代煤氣化裝置涉及的自動化儀表及其選型

水煤漿氣化是目前最先進的煤氣化工藝之一，用水煤漿進料穩定可靠，水冷壁掛渣穩定。然而，水煤漿氣化裝置高溫高壓設備多，有可燃易爆物料，如果在自動化儀表選型中稍有不慎，會給危及整個工藝生產。為此，本文根據水煤漿氣化工藝的特點，針對裝置自動化儀表的溫度、壓力、控制閥等選型進行總結，為同類裝置的工藝設計和儀表選型提供參考依據。

3.1 控制閥

控制閥是化工生產必不可少的設備。煤氣行業自動化儀表控制閥主要包括氧氣切斷/調節閥、合成氣閥、煤漿閥和黑水減壓閥等。六類控制閥的要求及選型具體如表1所示。

表1 六類控制閥的要求及選型

合理選擇閥體、閥芯結構形式和材質，并在滿足基本要求的前提下，根據具體情況滿足其他要求，是提高調節品質、延長閥使用壽命的關鍵。

3.2 流量儀表

流量是化工生產中一個重要參數。水煤漿氣化流量計一般用差壓式流量測量儀表。選擇合適的流量計，可為工藝生產提供更準確的物料消耗與產品產量數據。具體自動化流量儀表主要有煤漿流量測量儀表、氧氣流量測量儀表及黑水或灰水測量儀表。其儀表要求及選型如第155頁表2所示。

3.3 壓力測量儀表

壓力檢測在化工行業非常重要。其壓力測量儀表的具體選用情況如下：1) 煤氣化常規介質壓力測量選用彈簧管不銹鋼壓力表或變送器。2) 易沖刷、腐蝕、易堵塞場合的壓力測量儀表，膜片加厚，膜片材質選哈氏合金C耐腐蝕、耐磨損。3) 氧氣介質選用氧氣專用壓力表或變送器，并經過脫脂處理。

3.4 溫度測量儀表

溫度是工藝生產過程中最基本的控制參數，溫度檢測儀表是化工生產應用最廣泛的儀表。燃燒室、氣化爐爐壁及黑水/灰水溫度測量儀表具體選配如下：1) 燃燒室測量。燃燒室內為高溫、高壓、高頻率沖刷、強氧化等環境，要求熱電偶保護管應耐壓、耐沖刷、抗氧化-還原，熱電偶芯能在1 600 ℃的高溫下長期工作。如，熱電偶保護管可采用雙層結構，內層為剛玉，外層為MoSi2金屬陶瓷或耐磨金屬，以達到耐壓、耐沖刷、抗氧化-還原的要求；熱電偶芯可采用B型高溫熱電偶；測溫元件中應增加一組K型熱電偶，其安裝插入深度需考慮水冷壁內壁掛渣和沖刷因素。2) 氣化爐爐壁測量。氣化爐表面溫度檢測必須準確，以保證氣化爐處于安全狀態。3) 黑水、灰水測量。黑水、灰水為固液兩相，沖刷、磨蝕較大，保護管應進行硬化處理，噴涂碳化鎢或堆焊司太萊硬質合金。

表2 水煤漿氣化流量儀表的要求及選型

4 結語

現代煤氣化裝置對自動化儀表控制的依賴程度越來越大，而且自動化儀表的應用水平對煤氣化裝置的自動化控制極為重要，其關系到整個煤氣化裝置能否長期、穩定、安全的運行。因此，不僅要根據工況條件和工藝數據選用正確的自動化儀表設備，還需要參考類似裝置在實際運用中的使用經驗，針對裝置自動化儀表的控制閥、流量等的選型進行總結，選用最佳的自動化儀表設備，從而提高工藝的控制精度，促使水煤漿氣化工藝的發展。