内置式阀位检测系统在煤气发生炉安全生产中的应用

余士良

(云南云天化股份有限公司云峰分公司 云南宣威 655413)

固定层间歇式煤气发生炉是煤气生产及化肥生产行业的主要设备之一，具有工艺简单、流程紧凑、建设周期短、投资较小等优点，但存在能耗高、检修频繁的缺点，特别是控制各个阶段流程的油压座板阀或插板阀动作频率较高，每小时需开关50～100次，因此阀门的故障率特别高，因阀门故障往往造成煤气系统氧含量升高，威胁到合成氨系统的安全生产。20世纪90年代前，固定层间歇式煤气发生炉大多采用水压控制系统，属于纯机械控制。随着机电仪一体化技术的发展，后逐渐改为油压系统配套PC微机控制或油压系统配套DCS控制，并配套设置油压阀门阀位检测信号及联锁报警系统，即利用设置在油压阀门支架上的接近开关作为阀门开关状态的检测信号，当油压阀门打开以后，信号灯亮并反馈至PC微机或DCS控制系统，PC微机面板相应阀门的信号灯亮。后由于煤气发生炉检修以及阀门动作频繁，阀位检测系统经常出故障和输出假信号，因此在之后的油压微机系统改造中取消了阀位检测系统，而将PC微机或DCS控制系统输出至电磁阀的电源信号(即电磁阀得电或失电信号)作为阀位检测信号并反馈给PC微机或DCS控制系统，但当电磁阀得电正常而油压阀门因机械故障出现卡阀、卡芯现象时，往往不能及时发现，无法确保煤气发生炉处于安全停车状态，从而导致氧含量升高或炉底出现爆鸣声，存在潜在的安全生产风险。

1 煤气发生炉阀位识别系统存在的问题及风险

煤气发生炉油压微机控制系统虽然经过多次改造及完善，但仍暴露出一些安全风险，特别是在吹风阀、三通阀(或下行煤气阀)、上吹加氮阀的开关程序出现故障(如继电器故障、阀杆卡阀故障及电磁阀卡芯故障等)后，往往造成煤气系统中氧含量大幅升高或炉底出现爆鸣声。煤气三通阀(或下行煤气阀)及吹风阀的电液换向阀虽然设置了油路联锁，但若出现阀杆卡阀故障或继电器故障时，就有可能出现煤气三通阀(或下行煤气阀)及吹风阀同时处于开启或半开启状态，导致煤气发生炉在下吹、吹净等过程中空气走短路而进入煤气系统，造成系统氧含量超标或炉底出现爆鸣声。上吹加氮阀虽然设置了双阀及双电磁阀控制，减少了2只阀门同时出现故障的频次，但当上吹加氮阀出现阀杆卡阀故障或继电器故障时，仍会造成煤气总管氧含量升高和炉底出现爆鸣声。如2017年1月25日，某单位4#煤气发生炉控制上吹加氮阀的继电器出现故障，导致上吹加氮阀常开，煤气发生炉运行至下吹阶段氮气总阀关闭时才停止加氮，虽然没有造成系统氧含量升高，但仍然造成炉底产生爆鸣声，单炉系统紧急停炉，引起合成氨系统减量生产；某单位3#煤气发生炉因机械故障(填料盒卡阀)导致下行煤气阀在上吹及吹净过程中无法关闭，空气直接走短路进入煤气系统，导致煤气系统氧含量大幅升高，系统紧急停车进行切气处理，虽然未造成安全事故，但给生产带来了极大的影响。诸如此类的隐患现象，各生产企业均时有发生。

2 煤气发生炉设置阀位检测系统的必要性及可行性分析

2.1 煤气发生炉设置阀位检测系统的必要性

煤气发生炉工艺阀门开关是否到位一直是安全生产关注的问题。事实证明，只有完善煤气发生炉系统安全生产设施，提高安全控制系统的功能及先进性，通过不断的技术创新解决阀位检测系统故障率高的问题才能提高安全生产的可靠性。因此，煤气发生炉设置阀位检测系统是安全生产的前提条件之一。

另外，中华人民共和国安全生产行业标准《合成氨生产企业安全标准化实施指南》(AQ/T 3017—2008)中规定，企业应按照AQ 3013—2008第5.5.2.1和第5.5.2.2条规定配置符合国家、行业标准的安全设备设施，其中造气系统煤气化炉应设置的安全设备设施至少应包括：①原料煤带式输送机紧急停车设施；②下行煤气阀和吹风阀安全联锁设施；③煤气下行管、灰斗和炉底空气管道应安装爆破片，爆破片必须装防护罩；④吹风阀应采取双阀或增装蝶阀；⑤应设置煤气炉一次风管线自动放空设施，造气岗位主要液压阀要安装阀位指示。

因此，煤气发生炉设置主要阀门阀位检测系统是AQ/T 3017—2008的要求。

2.2 煤气发生炉设置内置式阀位检测系统的可行性

(1) 在煤气发生炉油压阀门支架上安装传感探测器(霍尔开关或接近开关)来实现现场阀门开关状态检测功能属于外置式阀位检测系统，但由于阀门开关震动、检修等因素，常出现阀位检测信号出错，导致煤气发生炉出现误停炉现象，为此，有的企业甚至将其拆除。目前，相关配套技术单位经过技术攻关，开发出内置式阀位检测系统，即传感探测器安装在油缸缸体内部，通过检测油缸活塞杆的位置变化来实现阀门开关状态的检测，具有安全可靠性高、稳定性好的特点，基本不会出现故障。

(2) 煤气发生炉增设内置式阀位检测报警及联锁系统是在原有油压阀门上进行改造，无需变更原有工艺流程及阀门，在单炉熄火或热备用状态均可进行改造，不影响正常生产，故投资省、改造时间短、安全可靠性高。

(3) 改造技术成熟可靠，应用范围较广。在2014年改造不停炉下灰系统时，就成功采用带内置式反馈信号的油缸进行阀门阀位检测，2年多来的运行结果证明可靠性较高。

(4) 国内许多化肥生产企业的煤气发生炉均设置了油压控制系统的阀位检测报警系统，有许多成功的经验可供借鉴。

2.3 煤气发生炉系统增设阀位检测系统的范围

阀位检测系统的设置包括吹风阀、三通阀(或下行煤气阀)、上吹加氮阀等工艺阀门，即每台煤气发生炉需更换3只带内置式传感探测器的油缸，其余的烟囱阀、煤气总阀、上行煤气阀、吹风气回收阀等阀门不必设置，但可考虑设置1个煤气发生炉上部压力超标单炉停车联锁，以消除因烟囱阀、煤气总阀、上行煤气阀、吹风气回收阀等阀门无法打开而造成炉内憋压，进而引发炉底爆炸(或防爆板冲破)的现象。

3 煤气发生炉系统增设内置式阀位检测系统的方法及控制原理

阀位检测系统利用DCS系统设置阀位检测程序，在各台煤气发生炉的每个油压座板阀油缸内设置传感探测器(霍尔开关)、固定夹板及相关的连接导线(信号反馈电缆线)等。其方法是将吹风阀、三通阀(或下行煤气阀)、上吹加氮阀油缸改为带内置式反馈信号的油缸，控制信号反馈至DCS控制系统，通过反馈信号检测阀门位置，即：当油压阀门打开时，油缸信号灯亮绿灯；当油压阀门关闭到位时，油缸信号灯亮红灯；DCS控制系统进行阀位判别，当出现的信号灯不符合DCS控制程序设置时，经5～10 s(可调)后通过内部联锁实现单炉自动停车并发出报警提示。内置式阀位检测系统与传统阀位检测系统的逻辑对比见图1。

4 内置式阀位检测系统改造费用

单台煤气发生炉改造所需材料费用：80/55- 840型带内置传感器三通阀(或下行煤气阀)油缸以及吹风阀油缸各1只，价格均为2 800元/只；63/40- 400型带内置传感器上吹加氮阀油缸1只，价格为1 200元；信号反馈电缆线、穿线管、固定夹板，价格1 000元；合计7 800元。

图1 内置式阀位检测系统与传统阀位检测系统的逻辑对比

所有材料准备到位后，8 h内可完成1台煤气发生炉阀位检测系统的改造、系统联锁调试及试运行工作。

5 结语

煤气发生炉实施内置式阀位检测系统改造后，消除了因油压阀门卡阀或卡芯而导致的煤气系统氧含量升高或炉底出现爆鸣声等安全隐患，使合成氨装置造气工段满足AQ/T 3017—2008的要求。