水煤浆气化装置气体预处理系统的设计与应用

过程控制实施技术石油化工自动化,2010,5:76AUTOMATION IN PETRO CHEMICAL INDUSTRY水煤浆气化装置气体预处理系统的设计与应用冯齐斌1,范永福(1.上海交通大学,上海200240;2.上海焦化有限公司,上海200241)摘要:上海焦化有限公司气化装咒的在线分析系统由于原分析仪系统设计存在不足,使得维护工作量大测量滞后。针对水煤浆气化装置恶劣的工况环境,通过气体取样和预处理系统的设计,使气化炉中高温、高压、高尘、高湿的混合气体样品自动采样并处理到符合在线分析仪器分析要求的样品气体。对原取样预处理系统进行分析,并对其进行改造,取得了良好的效果,详细介绍了改造后的取样预处理系统关键词:德士占水煤浆;气化装置;预处理系统;取样中图分类号:TH83文献标志码:B文章编号:1007-7324(2010)05-0076-020引言气。合成气与反应的少量熔渣沿着下降管进入激上海焦化有限公司德士古水煤浆气化技术是冷室,在与激冷水换热后,合成气被冷却并与饱和美国弗龙德士古公司的专利技术,是煤的高效洁净水蒸气一起沿下降管与上升管之间间隙上升,经折利用的重要途径之一。该装置中设置了一套在线流板冷却后进入文丘里,最后在洗涤塔内洗涤、除分析系统,用于实时掌握气化炉的运行状况,保证尘后到甲醇装置,而少量熔渣则通过锁斗系统排气化炉的安全稳定运行。系统自1994年开车以出,气化炉与洗涤塔的黑水去闪蒸系统进行处理来一直故障不断,影响了产品质量和安全生产这一过程中对炉温的控制非常重要。气化炉主要原因是釆样预处理系统不能正常工作。所炉温控制是煤气化工艺控制的重要环节。炉温控以对原采样预处理系统改进,具有比较重要的意制的好坏不仅直接影响气化炉的使用寿命及生产义。以下重点介绍改造后的采样预处理系统。的安全性,同时还制约着气化效率,影响产量。而1水煤浆气化工艺介绍甲烷含量同气化炉的温度成反比关系,所以气化炉德士古水煤浆气化工艺流程如图1所示温度的监控就可以间接地通过测量合成气中甲烷的含量来进行,它是操作人员控制炉温的重要参合成气去甲醇系统煤浆氧气数,关系到幣个装置的安全稳定运行。水煤浆气化冷凝液炉的主要产品为CO等组分,为保涤高压灰水文丘里装置安全、长周期地运行设置一套在线分析甲烷和主要气化组分的在线分析系统去闪系统收稿日期:2010-08-02(修改稿)作者简介:冯齐斌(1982-),2000-2004年,就读上海工程技图1德士古水煤浆气化工艺流程术大学自动化专业,获工学学士学位,2004-2008年就职于上海焦水煤浆与纯氧经三流式烧嘴喷射到气化炉内,化有限公吲在线分析运行中心,2008年至今上海交通大学仅器仪在高温、高压下,水煤浆与氧气充分反应,产生合成表专业在读硕士[3] APL. API 521 Guide for Pressure-Relieving and Depressurizing [6] APL. API Specification 17D/ISO 13628-4 Subsea WellheadSystems[S]. 4th. American Petroleum Institute, 1997and Christmas Tree Equipment [S]. 1999[4J IEC. IEC 61511 Functional Safety Safety Instrumented [7]中国煤化工8-6 Specification forSystems for the Process Industry Sector[S]. Internationlectrotechnical Commission, 2003CNMHGOTC 16688 Subse[5] AP1/ISO. API RP 17A/ISO 13628-1 Design and OperationSystem Design for the HPHT Kristin Field Developmentof Subsea Production Systems-General Requirements and[C]//Offshore Technology Conference. Houston USA, 2004.Recommendations[S].2006第5期冯齐斌等.水煤浆气化装置气体预处理系统的设计与应用2预处理系统改造前运行情况部扩散,动态回流管上部设置漩涡冷却器,冷却了的1994年该公司选用了罗斯蒙特公司成套设空气对动态回流外管自上而下进行冷却,回流管内计,ABB公司生产的动态回流式自动取样系统,工样品气因遇冷而结露露水和粉尘的混合物在重力的作原理如图2所示。作用下下降并经b点向火炬排放。温度控制器把温度控制在5℃,样品气被冷却到5℃时关闭电磁阀PRV漩涡冷却VA,打开电磁阀VB输送脱过粉尘的样品气。样品气温度大于5℃时,ⅥA开,VB关,停止输送样品气。这类自动取样系统存在以下缺点温约A分析小量a)由于漩涡制冷的原理,采取的样品气是断续的,也就是获取的信息必定有滞后,不能及时反动态回流管应工艺状况b)动态回流管、自力式调节阀PR常被结晶体堵塞一一3预处理系统设计方案及运行情况3.1预处理系统设计方案图2动态回流式自动取样系统工作原理为避免动态回流式自动取样系统存在的缺点,注:1bar=0.1MP该公司自行设计并制作了一套自动取样系统,如图样品气体由a流向b,在c点向动态回流管上3所示。42e一改蒸汽园园四1.2 bar1. 2 bareSV礼火炬TH图3预处理系统流程上图中V1~V13为针形调节阀。F1,F2为自T3为三级采用漩涡制冷原理排水,下部也装自动行开发的多级套筒式漩涡过滤器,将漩涡分离的,排水装置。大颗粒的黑煤尘经V,V5阀快速地排入火炬样气经降温降压、三级过滤和三级脱水后进F为过滤器进一步滤除杂质,保护自力式调节阀分析仪器进行分析。样品处理前后主要指标见RV1。F4为薄膜过滤器,经处理后样气含尘粒度不表1所列。大于0.5μm。SV为安全阀,当自力式调节阀Rv表1预处理前后主要指标比较失控时,控制压力不高于1.2bar(1bar0.1Mpa)保护仪器进入的高压样气不致于损坏温度/℃压力/Ma露点/℃粉尘仪器中的光学测量气室部件。T为一级气水分离样品式的再有式白内边排数置内为方式YH中国煤化工态10g/CNMHG5样气含尘粒度不大于0.5m样气中的水分子由管壁渗透出由外管的吹扫氮气带走,两气逆向流动,有效地脱除了样气中的水分(下转第84页)石油化T自动化2010年状态时,当有压力或流量信号,再加上最少有一路各种参数和趋势的保存、良好的系统扩展性等功能。可燃气体排放信号就开始点火,检测火焰信号后停参考文献:止点火(点火开始12s后才检测火焰信号,内部组1]王树青.工业过程控制工程[M]北京:化学工业出版态已设定好);“半自动”状态时,点火条件同上,但社,2003.不监测火焰信号,只有程序运行完之后才停止点火[2]陆建国.工业电器与自动化[M].北京:化学工业出版(设定为24s,参数可修改)。[3]乐嘉谦仪表T手册[M]北京:化学工业出版社,1998h)“伴烧灯状态”打到“自动”位置时,伴烧灯[4]钟肇新可编程序控制器原理及应用[M]广州:华南理工大通过PLC控制,PLC控制也有三个状态(见系统学出版社,1996.操作界面上的“伴烧灯状态开关”)5]胡寿松,自动挖制原理「M,北京:国防L业出版社,19904结束语[6]马国华监控组态软件及应用[M].北京:清华大学出版1号火炬自动点火控制系统经过改造,投用以[7]朱鳞章.过程控制系统与设计[M]北京:机械工业出版来,系统运行稳定可靠,实现了自动点火、点火系统社,1996自检、火炬气排放量各项指标的记录档标准通信[83]刘元扬.自动检测和过程控制[M]北京:冶金工业出版方式输入输出信号光电隔离、显示界面、报警信息、社,1987(上接第77页)断在实践中摸索,总结经验,不断优化设计,逐渐实32预处理系统运行情况现系统基本免维护的目标该系统自投运以来结构上定期进行了完善,参考文献经过两年的跟踪观察,运行情况良好。能配合仪器[1] ILLALOBOS R. Process Gas Chromatography[.Anal快速反应工况参数的变化,自动、连续准确、可靠地Chem,1975,(47):983-1004[2] GARY D. Nichols, Process Analyzer Sampling Systems[J].分析CO,CO2,H2,CH气体的体积百分含量Anal Chem,1981,(53):489-5004结束语[3]符青灵怎样设计可靠的在线分析仪表取样系统[门.化工自分析仪器能否用好,除了分析仪本身,还取决动化及仪表,2002,(1):59-=66于样品预处理系统的完善程度和可靠性。样品预[4何.在线分析系统的设计[.石油化上自动化,200处理系统的设计、制造难度在于它的专用性很强几乎没有哪两套系统是完全一样的,没有批量性可5]黎军.士占水煤浆气化工艺概况[].安徽化工,2001,言。要使经过预处理系统处理的样品最终能满足[6]顾颖在线分析仪表在水煤浆气化装置中的应用门大氮分析仪表白身的特殊性要求需要工程技术人员不肥,2009,(10):357-36欢迎订阅2010年《化工设备与管道》(邮发代号:4-669)根据国家科学技术部国科发财字(199)390号文通知,自2000年第一期起原《化工设备设计》期刊更名为《化工设备与管道》。化T设备与管道》由中国石油化工集团主管、中国石化集团上海T程有限公司主办全国化工设备设计技术技术中心站中国石化集团公司机械技术中心站、全国化工工艺配管设计技术中心站、全国化工工业炉设计技术中心站承办。国内统一刊号:CN31-1833/TQ国际标准刊号:ISSN009-3281;邮发代号:4-69,全国各地邮局均可办理订阅,10.00元/册,全年定价:60元《化工设备与管道》为全国性专业杂志读者对象为石油化工、石化、医药、轻工等部门工程设计使用维护,工程建设高等教育等有关技术人员。本刊向国内外公开发行,自1964年创刊以版200余期。《化工设备与管道》为双月刊,A4开本,彩色封面,发行量大,影响面广中国煤化工《化工设备与管道》主要栏日有:综述、单元设备压力容器、管道地址:上海市延安西路376弄22号11楼(西)CNMHG电话:(021)32140411-806传真:(021)62488580电子信箱:pep@tced.com网址:www.tecd.com