现代煤气化装置自动化仪表选型探究

张 伟

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037000)

引 言

现阶段，随着科学技术的不断发展，现代大型煤气化企业不断涌现出来。然而，不同于以往的小型煤气化，现代化大型煤气化具有生产规模大、产量高等特点，因此其项目生产安全性、稳定性的受关注程度也随之提升。自动化仪表的研究与发展为现代煤气化装置连续、稳定和安全生产提供了可能，因此现代化煤气化装置对自动化仪表控制的依赖程度越来越高，但是值得注意的是，现代煤气化装置也必须选择与自身项目特点相适应的自动化仪表，才可促进自身的持续健康及稳定发展[1]。基于此，本文就现代煤气化项目自动化仪表选型做相关探讨。

1 煤气企业自动化系统

煤气自动化是一种运用控制理论及仪器仪表、计算机等技术，达到增产量、提质量、降消耗、保安全等目的的现代高技术。从其定义可知，煤气自动化系统本身并不直接创造效益，但其通过对工业生产过程实现检侧、控制、优化调度、管理和决策，对企业生产过程起着明显的提升作用。

如双段式煤气发生炉DCS控制系统(Distributed Control System，集散控制系统)采用4C技术即多媒体、系统控制、计算机和网络通讯技术等，技术先进，性能可靠，功能强大，可以最好地实现各项控制和功能[2]。

2 现代煤气化装置对自动化仪表控制的依赖

煤气自动化系统主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分[3]。小型煤气化生产规模小、产量低、产品单一，企业仪表配置多采用单回路控制系统，一次仪表以就地机械仪表为主，以满足简单、适用、方便、快捷、价廉的要求。然而，现阶段小型煤气化已不适应时代的发展要求，取而代之的是大型煤气化企业。现代大型煤气化企业不仅生产规模大、产量高，而且其煤气化过程是高温、高压下在气化炉内进行的复杂而又剧烈的化学反应，稍有不慎就有可能引起工艺状况的紊乱及运行设备的事故，造成无可挽回的损失，故其项目生产的稳定性尤其是安全性更加需要注意。而避免现代煤气化事故发生仅靠操作人员的努力是远远不够的，因为快速的化学反应是始终在进行，人的反应总是滞后的，而仪表的可靠性直接影响运行装置的可靠性，因此现代煤气化装置仪表的重要性更加突出。要保证煤气化的顺利进行，尤其是对大型现代化煤化工装置的稳定运行而言，应保障所有与气化炉相关的设备、仪表、电机等的良好运行，各控制阀门灵活、可靠、准确、到位，此外还要有操作稳定的DCS、ESD的仪表联锁保护等，操作员只需按操作规程准确的按动按钮，即可实现稳定运行。综上所述，尤其对生产规模大、产量高、自动化程度高的现代化大型煤气化企业，其煤气化装置对自动化仪表控制的的依靠已不可分割。

3 现代煤气化装置涉及的自动化仪表及其选型

水煤浆气化是目前最先进的煤气化工艺之一，用水煤浆进料稳定可靠，水冷壁挂渣稳定。然而，水煤浆气化装置高温高压设备多，有可燃易爆物料，如果在自动化仪表选型中稍有不慎，会给危及整个工艺生产。为此，本文根据水煤浆气化工艺的特点，针对装置自动化仪表的温度、压力、控制阀等选型进行总结，为同类装置的工艺设计和仪表选型提供参考依据。

3.1 控制阀

控制阀是化工生产必不可少的设备。煤气行业自动化仪表控制阀主要包括氧气切断/调节阀、合成气阀、煤浆阀和黑水减压阀等。六类控制阀的要求及选型具体如表1所示。

表1 六类控制阀的要求及选型

合理选择阀体、阀芯结构形式和材质，并在满足基本要求的前提下，根据具体情况满足其他要求，是提高调节品质、延长阀使用寿命的关键。

3.2 流量仪表

流量是化工生产中一个重要参数。水煤浆气化流量计一般用差压式流量测量仪表。选择合适的流量计，可为工艺生产提供更准确的物料消耗与产品产量数据。具体自动化流量仪表主要有煤浆流量测量仪表、氧气流量测量仪表及黑水或灰水测量仪表。其仪表要求及选型如第155页表2所示。

3.3 压力测量仪表

压力检测在化工行业非常重要。其压力测量仪表的具体选用情况如下：1) 煤气化常规介质压力测量选用弹簧管不锈钢压力表或变送器。2) 易冲刷、腐蚀、易堵塞场合的压力测量仪表，膜片加厚，膜片材质选哈氏合金C耐腐蚀、耐磨损。3) 氧气介质选用氧气专用压力表或变送器，并经过脱脂处理。

3.4 温度测量仪表

温度是工艺生产过程中最基本的控制参数，温度检测仪表是化工生产应用最广泛的仪表。燃烧室、气化炉炉壁及黑水/灰水温度测量仪表具体选配如下：1) 燃烧室测量。燃烧室内为高温、高压、高频率冲刷、强氧化等环境，要求热电偶保护管应耐压、耐冲刷、抗氧化-还原，热电偶芯能在1 600 ℃的高温下长期工作。如，热电偶保护管可采用双层结构，内层为刚玉，外层为MoSi2金属陶瓷或耐磨金属，以达到耐压、耐冲刷、抗氧化-还原的要求；热电偶芯可采用B型高温热电偶；测温元件中应增加一组K型热电偶，其安装插入深度需考虑水冷壁内壁挂渣和冲刷因素。2) 气化炉炉壁测量。气化炉表面温度检测必须准确，以保证气化炉处于安全状态。3) 黑水、灰水测量。黑水、灰水为固液两相，冲刷、磨蚀较大，保护管应进行硬化处理，喷涂碳化钨或堆焊司太莱硬质合金。

表2 水煤浆气化流量仪表的要求及选型

4 结语

现代煤气化装置对自动化仪表控制的依赖程度越来越大，而且自动化仪表的应用水平对煤气化装置的自动化控制极为重要，其关系到整个煤气化装置能否长期、稳定、安全的运行。因此，不仅要根据工况条件和工艺数据选用正确的自动化仪表设备，还需要参考类似装置在实际运用中的使用经验，针对装置自动化仪表的控制阀、流量等的选型进行总结，选用最佳的自动化仪表设备，从而提高工艺的控制精度，促使水煤浆气化工艺的发展。