关于自动化仪表在转化炉运行中应用的研究

赵志伟

摘 要：唐山中润煤化工有限公司设计年产20万吨的甲醇生产装置，在焦炉煤气转化生产过程中，焦炉煤气与纯氧在转化炉中进行自热转化，炉内温度1300-1500℃，压力2.0-2.5MPa，属典型的高温高压设备，在业内被定性为重大危险源，必须采用安全可靠的控制方法，确保设备可控、稳定、安全。文章主要介绍自动化仪表在转化炉生产控制当中的典型应用。

关键词：转化炉；仪表；联锁；温度

1 概述

焦炉煤气与纯氧在转化炉中进行自热转化，亦称部分氧化及蒸汽转化反应，即在转化炉上部燃烧室内，焦炉煤气中的CH4、CnHm、H2与纯氧蒸汽中的氧燃烧，温度达1300-1500℃，放出大量的热，高温气流经过下部触媒，煤气中的CH4以及烯烃等在镍触媒的作用下，与蒸汽进行转化反应，通过控制氧气、煤气、蒸汽量，控制好水碳比，生成合成甲醇需要的H2、CO、CO2。

转化炉属于高温高压反应容器，结合转化炉结构以及工艺图，要实现转化炉设备安全、生产安全，必须满足安全指标，需要从以下几个方面考虑。

（1）烧嘴是承受炉内最高温的设备，其保护水、保护蒸汽不能间断，转化炉夹套水不间断。

（2）转化炉不超温、超压，测点稳定可靠，控制均匀。

（3）反应介质配比适当，不产生爆炸极限浓度，压力满足P蒸汽>P氧气>P煤气。

（4）故障时介质的放散、切断、联锁设置合理。以下将从几方面分析自动化仪表在转化炉生产控制当中的应用与改进。

2 分析

转化炉需要一套完善的冷却系统，夹套水采用循环水对炉体冷却，出口压力维持0.35MPa，夹套回水约30℃。在实际生产过程中，可以通过压力、温度的变化判断转化炉可能出现的故障点，例如我厂某次发现转化炉夹套水温度上涨、压力波动，判断炉体出现泄漏点，检修发现转化炉内衬底部积淤严重，出现砂眼、裂纹，煤气窜入夹套水系统，引起水温上涨、压力波动。经过分析，循环水水质差，淤垢腐蚀性大，极易引起设备薄弱环节损伤，为此在夹套水入口管道设置副线加管道泵，加强水循环，减缓淤垢堆积，并定期检查清理，同时设置泵故障联锁，当泵停止运行时打开副线切断阀，确保冷却水不间断。

转化炉烧嘴的冷却保护包含两方面，一路是持续通入的高温蒸汽，另一路持续通入脱盐水保护。烧嘴保护泵是烧嘴保护脱盐水的提压、输送设备，为了防止烧嘴烧毁事故，设计上设置了烧嘴保护泵联锁，我厂根据事故处理经验，事故槽容量有限，持续时间短，在两台泵的基础上，增加了一路应急冷却水源，将事故水改为应急消防水，并对联锁进行了改进（见图1），解決了泵电源故障无法启动时烧嘴失去保护的问题。

在生产当中，当焦炉煤气量骤减或者氧气骤增时会造成转化炉炉膛飞温，造成严重事故。在转化炉燃烧室、触媒床层以及出口有温度检测热电偶。需要注意的是转化炉长期高温，所以我厂热电偶套管材质采用了钴基耐磨合金，￠40*8/￠6，加厚了套管壁厚，增大了热偶空间，避免了套管由于高温、挤压而引起的变形、粘结，提高了温度测点稳定性。同时设计了转化炉超温双选联锁，温度超过990℃时发出超温报警，超过1100℃时，切断氧气入料阀，打开氧气放散阀，并锁定阀门状态。转化炉另一个重要的联锁保护是氧气与焦炉煤气的差压联锁，生产过程中必须要保证氧气压力高于煤气压力，否则煤气窜入氧气管道发生爆炸，造成严重事故，所以必须保证仪表的稳定性以及保护联锁的合理性。根据生产经验，我厂转化炉温度、压力都做了双选处理，并在仪表选型、安装上进行了改进。

原设计转化炉入口焦炉煤气压力测点一次表安装在地面仪表箱内，而取压点位于转化炉入口管线顶端，之间通过￠18*3的取压管连接，并做蒸汽伴热保温，结果由于伴热系统偶然性流通不畅或者取压管堵塞造成假信号，引起停车事故。根据经验进行改进，二次表直接在煤气管入口短取压安装，省去原来10米长的取压管，利用管道热量保温伴热，避免了测点假信号的产生，同时在预热炉煤气出口管道上用同样的方式安装了另一个测点，把该两点作为联锁煤气压力点。设计联锁如图2，测点双选，差压小于0.2MPa时报警，小于0.1MPa时发出联锁信号，通过置位功能块，实现故障后对切断、放散阀门状态的锁定，直至工艺确认并复位。

实践表明，经过改造后的自动化仪表应用比原设计更具有实用性，大大提高了仪表使用的稳定性，满足不同工况时使用条件，杜绝了高温煤气窜入氧气管道等危险事故的发生，安全仪表的合理设置，实现了转化炉在非正常情况下的自动处置，实现了一定的安全、经济效益，为公司重大危险源管理奠定了一定基础。

参考文献

[1]王骥程，祝和云.化工过程控制工程[M].化学工业出版社.

[2]厉玉鸣.化工仪表及自动化[M].化学工业出版社.