水煤浆气化炉的安全控制方法与流程

本发明涉及一种水煤浆气化炉的安全控制方法。

背景技术：

水煤浆气化技术是以纯氧和水煤浆为原料，采用气流床反应器，在加压非催化条件下进行部分氧化反应，生成以一氧化碳和氢气为有效成分的粗煤气。水煤浆气化炉是目前最为成熟的煤基气化炉之一，在国内广泛应用，极大推动了煤制天然气、煤化工产业的发展。水煤浆气化炉最常见的危险是由于氧气与水煤浆的进料比过大，导致气化炉飞温或气化炉、激冷室、碳洗塔内的爆炸，由此引发了多起事故。为了防止这种事故，水煤浆气化炉大多设有氧煤比的报警与联锁。然而，由于过氧而导致频繁的非计划停车，给工厂带来了大量的经济损失。保障安全与减少非计划停车始终是一对矛盾体，气化炉目前的技术无法使两者达到最佳的平衡。专利“水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法”提供了一种基于温度变化率、压力变化率、压缩机异常及氧气流速的联锁方法，无法有效解决此问题。文章“德士古水煤浆气化装置气化炉过氧问题的探讨”(大氮肥，32卷2期，2009：88-90)分析了造成气化炉过氧的各种因素，提出了一些解决方案，但没有对安全控制系统进行优化。文章“煤气化的氧煤比控制”(广州化工，42卷19期，2014：160-162)阐述了水煤浆气化装置在运行过程中，采用氧煤比自动复杂控制方法精确控制煤浆和氧气的的入炉量，实现氧煤比的自动控制。文章对基于安全功能仪表(sis)的紧急联锁方案没有分析

氧煤比过高而最终导致过氧爆炸之间有个过程，需要经历一段时间，为了设置合适的联锁策略，需要对气化炉过氧爆炸过程有量化的认识，提出基于工艺参数与时间的安全控制措施。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中安全性较差的问题，提供一种新的水煤浆气化炉的安全控制方法。该方法用于水煤浆气化炉的安全控制中，具有安全性较好的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种水煤浆气化炉的安全控制方法， 通过设定合理氧煤比与持续时间来进行报警与联锁，具体技术方案如下：(a)安全控制系统包括检测单元、控制单元与执行单元，检测单元包括水煤浆流量计与氧气流量计，包括检测数据的处理、设定值给定及两者的比较并输出逻辑信号，执行单元至少包括煤浆泵，氧气、水煤浆与氮气管线上的调节阀或切断阀；(b)通过控制器计算氧气标准体积流量与水煤浆体积流量之比，并记录氧煤比达到某一设定值后的持续时间，报警与联锁设置的条件为：报警分为二级，一级报警条件设置在氧煤比530-650之间，二级报警条件设置在氧煤比550-670之间，或者一级报警后持续时间超过30-180s；联锁条件设置在氧煤比630-830之间，或者设置氧煤比600-800之间且持续时间超过5-60s；(c)所述一、二级报警通过闪烁、颜色变化或声光信号进行提示；(d)联锁启动后的动作关系为：煤浆泵(1)停止运行；氧气切断阀(13)关闭，中心氧调节阀(9)关闭，水煤浆切断阀(4)关闭；氮气切断阀(5)、氮气切断阀(8)、氮气切断阀(12)均打开。

上述技术方案中，优选地，控制单元采用可编程控制系统(plc)。

为防止气化炉过氧爆炸，目前气化炉设有基于氧煤比的报警与联锁，由于没有引入时间概念，可能虽然没有触发联锁，但由于氧煤比持续高于正常值而导致过氧爆炸。基于氧煤比单数值联锁的另一个缺点是有时不得不设置过于保守，从而导致非计划停车频繁。本专利提供一种水煤浆气化炉的安全控制方法，以可编程控制系统(plc)为硬件依托，通过设定合理氧煤比与持续时间来进行报警与联锁，有效防止因氧煤比持续过高而导致过氧爆炸事故发生；通过精确的控制，减少因氧煤比短暂失调而导致的非计划停车，避免频繁非计划停车而造成的经济损失，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述方法的流程示意图。

图1中，1、煤浆泵；2、水煤浆流量计；3、水煤浆流量变送器；4、水煤浆切断阀；5、氮气切断阀；6、中心氧进料管线；7、氮气进料；8、氮气切断阀；9、中心氧调节阀；10、环氧进料管线；11、氮气进料；12、氮气切断阀；13、氧气切断阀；14、氧气流量计；15、氧气进料；16、氧气流量变送器；17、控制器。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

一种水煤浆气化炉的安全控制方法，如图1所示，通过设定合理氧煤比与持续时间来进行报警与联锁，具体技术方案如下：通过设定合理氧煤比与持续时间来进行报警与联锁，具体技术方案如下：(a)安全控制系统包括检测单元、控制单元与执行单元，检测单元包括水煤浆流量计与氧气流量计，包括检测数据的处理、设定值给定及两者的比较并输出逻辑信号，执行单元至少包括煤浆泵，氧气、水煤浆与氮气管线上的调节阀或切断阀；(b)通过控制器计算氧气流量与水煤浆流量之比，并记录氧煤比达到某一设定值后的持续时间，报警与联锁设置的条件为：报警分为二级，一级报警条件设置在氧煤比530-650之间，二级报警条件设置在氧煤比550-670之间，或者一级报警后持续时间超过30-180s；联锁条件设置在氧煤比630-830之间，或者设置氧煤比600-800之间且持续时间超过5-60s；(c)所述一、二级报警通过闪烁、颜色变化或声光信号进行提示；(d)联锁启动后的动作关系为：煤浆泵1停止运行；氧气切断阀13关闭，中心氧调节阀9关闭，水煤浆切断阀4关闭；氮气切断阀5，氮气切断阀8，氮气切断阀12打开

具体地说，气化炉的进料系统，包括水煤浆进料管线、中心氧进料管线6，环氧进料管线10，氮气进料管线，煤浆泵1，水煤浆流量计2，氧气流量计14；包括但不限于以下阀门：水煤浆切断阀4，氮气切断阀5，氮气切断阀8，中心氧调节阀9，氮气切断阀12，氧气切断阀13。

本专利的方法有效防止因氧煤比持续过高而导致过氧爆炸事故发生；通过精确的控制，减少因氧煤比短暂失调而导致的非计划停车，避免频繁非计划停车而造成的经济损失。

与现有技术相比，非计划停车减少率为24％，取得了较好的技术效果。

【对比例】

某厂水煤浆气化炉，设有氧煤比630报警，氧煤比720联锁，联锁时的动作关系为：煤浆泵1停止运行；氧气切断阀13关闭，中心氧调节阀9关闭，水煤浆切断阀4关闭；氮气切断阀5，氮气切断阀8，氮气切断阀12打开。由于没有考虑持续时间概率，在2014年11-12月份连续发生三起激冷室过氧爆炸事故，然后工厂将氧煤比报警与联锁值调小，又导致2015年频繁报警，并发生了多次误动作，2015年非计划停车率相比2014年增加了32％。

显然，采用本方法可以在保障安全的前提下，降低气化炉的非计划停车率，具有明显的技术优势，可以应用于水煤浆气化炉中。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种水煤浆气化炉的安全控制方法，主要解决现有技术中安全性较差的问题。本发明通过采用一种水煤浆气化炉的安全控制方法，以可编程控制系统为硬件依托，通过设定合理氧煤比与持续时间来进行报警与联锁，有效防止因氧煤比持续过高而导致过氧爆炸事故发生的技术方案较好地解决了上述问题，可用于水煤浆气化炉的安全控制中。

技术研发人员：孙峰;石宁;何文忠;金满平
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院
技术研发日：2016.03.22
技术公布日：2017.09.29