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三暢創新研發儀表、助力工業自動化升級

煤氣化裝置自動化儀表選型研究

來源: 中海油惠州石化有限公司 作者:徐海寶 發布日期:2020-06-29

 摘 要 :煤氣化生產作為現階段我國實現能源結構化調整的重要生產技術,其在煤化工生產中占據著核心地位。自動化儀表的應用不但可以提升生產穩定性,同時也可以降低人工成本與工作負荷,所以選擇合適的自動化儀表是煤氣化生產的重要部分。本文分別從壓力測量儀表、溫度測量儀表以及控制閥和物位檢測儀表等多個角度對煤氣化生產過程中自動化儀表的選型策略進行了探討,希望可以有效提升煤氣化生產的穩定性,為行業發展提供思路與借鑒。

 
         我國作為一個多煤少油少氣的國家,煤氣化生產技術不但是國家能源結構化調整過程中的核心技術,同時也是確保能源生產安全的基本技術類型。在該技術應用過程中,具有技術成熟度較高、能量轉化率好的特征,同時水煤漿運輸過程中可以有效避免干粉運輸的各種限制因素,提升了環境的適應性與運輸的穩定性。在生產過程中,由于涉及復雜的生產工藝實現環節,需要借助于自動化儀表來進行生產過程控制,滿足生產效益的實現需求。本文主要探討了煤氣化生產過程中自動化儀表的選型特征。
 
1 壓力測量儀表選型
         壓力測量表在煤氣化生產中具有重要的作用。在生產各個環節中都需要涉及壓力這個重要的參數,一般來說,煤氣化生產過程中壓力在5~7MPa,在這樣的高壓條件下要想保持壓力測試的穩定性,需要做好設備的選型管理與管道的安全涉及。在常規條件下,壓力測量儀表的測量需要根據介質來進行選擇,彈簧管不銹鋼壓力表能夠很好地滿足煤氣化生產的實際需求。在氧氣介質當中,可以選擇專用的變送器,通過黑水沖刷處理實驗后能夠滿足基本的煤氣化生產要求即可。另外,需要避免儀表出現堵塞問題,增設膜片進行加厚處理,配合沖洗環來滿足設計的實際使用要求。必要時,還可以選擇哈氏合金材料來滿足耐腐蝕的設計要求。
 
2 溫度測量儀表選型
         煤氣化生產過程中對于溫度參數的監控具有很高的要求,這不但直接關系到生產的產量與穩定性,同時也影響到生產工藝的安全性。作為使用較為廣泛的儀表,溫度測量儀表的選型主要以穩定、安全以及壽命長為設計要求。在煤氣化生產過程中,非常為關鍵的溫度監控環節是氣化爐的內部溫度,該測試劃分為內測與外側測溫兩個主要組成部分。燃燒時內部具有高溫高壓的環境特征,在生產過程中溫度可以達到1 400℃以上。這樣的惡劣使用環境對于測量儀表的材質與設計水平提出了很高的技術要求。熱電偶保護管要同時滿足雙層結構的設計要求,同時選擇耐磨、耐高溫高壓的材料。其中,B型高溫熱電偶能夠滿足長期高溫工作的要求,但是在低溫條件下測量效果較差,具體內容如表1所示。
熱電偶適用溫度范圍
         煤氣化生產過程中爐壁的測溫點測量同樣十分重要,一旦出現爐壁溫度異常上升,可能會導致外殼強度遭受影響,進而使得氣化爐進入到不安全的工作狀態當中,該部分的保護管需要進行適當的硬化處理,通過表面噴涂熱處理的方式進行強化可以達到實際的使用要求。
 
3 物位檢測儀表選型
         物位檢測儀表的選型主要考慮到煤氣化生產過程中的計量需要,特別是滿足生產過程中物料位置的控制需求,以確保生產進程中設備使用安全以及生產順序穩定。在選型控制方面,優先選擇壓差變送處理設備來滿足生產的實際需求,該設備能夠盡可能滿足煤氣化生產的過程控制要求,如果有特殊需求,也可以匹配其他類型的物位檢測儀表。比如說煤漿槽當中存在煤漿黏稠度較高的情況,采取傳統的壓差變送設備進行檢驗,難度較高,如果能夠借助于非接觸雷達液位計來進行測量,則效果要好很多。此外渣脫水罐液位,罐體高度對于一般差壓變送器測量精度很難保證,選用雷達液位計和伺服料位計測量能滿足多變的測量環境。儀表選擇過程中需要考慮到耐腐蝕的客觀要求,同時選擇哈氏合金 C 膜片來參與構建,提升液位測量的整體效果。核料位計在測量過濾器收集的灰焦物料效果尤為明顯。
 
4 控制閥選型
         控制閥在煤氣化生產中屬于必不可少的部分,其選擇過程中需要綜合考慮到閥體、閥芯的結構特征,以提升整體的調節效果。為了實際的使用壽命,還需要根據實際的使用環境來進行選型,簡單劃分如下幾個方面進行分析 :其一,氧氣切斷閥。氧氣切斷閥主要針對高壓氧氣運輸過程進行控制,一旦出現系統故障可以及時進行氧氣的完全切斷,從而避免各種安全事故的發生。由于生產工藝的穩定性要求,該閥門的調節速度要求較高,等待時間需要小于2s。可以通過球閥等模式來滿足生產的實際需求。在氧氣管線的吹掃方面,可通過除油脫脂技術來進行改善 ;其二,氧氣調節閥。氧氣調節閥在材質選擇上與切斷閥接近,但是由于其主要用于調
節氧氣進料達到控制精確爐溫的目的,所以需要精度非常高,線性度非常好的定位器,以匹配煤漿流量達到投自動的目的;其三,合成氣閥。合成氣閥主要用于粗煤氣的運輸開閉及控壓工作,由于該生產過程涉及高溫、高壓的環境,同時下游也容易出現氣流阻塞等問題,所以需要考慮多個方面的要求來進行材料的選擇。
         一般來說,硬密封球閥可以達到設計的硬度與強度要求,在放空后,閥門的前后壓差較高,密封要求也會相應地增加,所以可以選擇口徑較小的閥門來滿足設計的實際要求;其四,高壓渣水閥。高壓渣水閥具有成分復雜、氣化爐渣水溫度較高等問題。由于閥門的動作十分頻繁,所以很多情況下都需要承受較高的壓差,同時對控制安全也會產生一些細微的影響。渣水本身具有很強的滲透性能,容易導致閥門卡塞,需要特別選擇一些彈性良好的機構來滿足灰渣問題的處理要求。其五,超高壓蒸汽閥。超高壓蒸汽壓力高,溫度高,壓差高,閥體受沖擊壓力大。所以超高壓蒸汽閥門及填料材質要求耐高溫,抗沖刷,閥體構造耐沖擊性強。
 
5 流量儀表選型
         煤氣化生產過程中涉及大量的流量監測工作,通過流量監測能夠確保物料消耗、產量穩定對比,滿足生產質量的控制要求。在進行流量儀表選型時,首先需要做好煤漿流量的測量工作。實際上,煤漿本身具有黏稠、易沉淀的特征,所以不能夠直接采取壓差處理模式來進行測量,需要借助于電磁流量計等儀表設備來進行測量。結合煤漿的流速特征與耐壓性能特征,材料的磨損需要以控制流速為基本條件,采用專門的襯里設計模式來滿足耐腐蝕、耐磨損的使用要求。氣化爐裝置在配置階段會出現大量的氧化鐵銹,需要在流量儀表使用過程中避免出現測量波動穩定,進行定期的維修養護 ;
         其次,氧氣流量監測。氧氣在煤氣化生產作為重要的原材料,其需要做好安全管理與科學流量監測。一般來說,介質接觸區域要求做到內部光滑且脫脂處理。對于節流部分的材質則應該保持良好的導熱性能與導電性能 ;
         非常后,渣水測量儀表。測量渣水的儀表主要考慮到耐沖刷與耐腐蝕兩個層面的要求,可以采取雙法蘭變送器來進行測量,并添加沖洗水設備來避免出現管道堵塞的問題,并提升整體的耐腐蝕性、耐磨損性能,更好地適應煤氣化生產的實際需求。
 
6 結語
         綜上所述,煤氣化生產過程中對于自動化儀表的穩定性、適應性具有較高的要求,通過科學選擇針對性較強的自動化儀表,不但可以降低后期維護的成本與精力,同時也可以有效延長使用的壽命,獲得良好的經濟效益。在進行儀表選擇時,應該以設備的特征、科學特點以及使用經驗進行綜合分析,以提升安全性能與工藝精準度為客觀要求,為促進水煤漿氣化工藝的進步與發展奠定堅實的基礎。

 

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