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水煤浆气化技术安全联锁系统的应用

文档作者：刘强，贾拮，许明胡楠文档来源：中海石油华鹤煤化有限公司		点击数：	更新时间： 2025年05月14日
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2016年9月第31卷第9期磷肥与复肥Phosphate＆Compound Fertilizer ·45·◆设备、控制与安全生产◆水煤浆气化技术安全联锁系统的应用刘 强，贾 拮，许明，胡楠(中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江鹤岗 154100)[摘要]为提高气化炉安全性，中海石油华鹤煤化有限公司选用美国通用电气(GE)公司新设计的安全联锁系统。介绍安全联锁系统在使用、调试中的特性及存在问题，包括：煤浆管线吹扫、填充时间，气化炉开车条件，氧气充压阅设计，小流量吹扫，单阀命令设计，煤浆管线与氧气管线的吹扫间隔，开车前自检，停车T联锁等。应用新的联锁系统后，装置安全性大幅提高，保障了气化炉安全稳定运行。[关键词]水煤浆气化技术；气化炉；安全联锁系统；优化设计；安全性[中图分类号]TP273 [文献标志码]B [文章编号]1007—6220(2016)09—0045—02Application of safety interlocking system in coal water slurry gasification techniqueLIU Qiang，JIA Zhe，XU Ming，HU Nan(China Blue Huahe Coalification Co．，Ltd,Hegang 154100,China)Abstract：China Blue Huahe Coalifieation Co．，Ltd uses the new design of safety interlocking system from GEEnergy Company．The characteristic of safety interlock system in use，debugging and the existing problems areintroduced，including purging coal slurry pipeline，filling time，driving conditions of gasifier,designing theoxygen charging—valve，pu晒ng small flow，designing single valve command，scavenging interval of coal slurrypipeline and oxygen pipeline，self-checking before driving，parking T interlock，etc．After applying the newinterlocking system，the safety is sharply enhanced，the safe and stable operation of the gasifier is guaranteed．Key words：coal water slurry gasification technique；gasifier；safety interlock system；optimization design；safety中海石油华鹤煤化有限公司选用美国通用电气(GE)公司水煤浆加压气化技术。该技术属于美国通用电气能源有限公司的专利技术。经过在国内近30年的运行实践，水煤浆气化技术有了大幅度的改进，工艺包的设计进一步优化，系统的安全性能得到整体提升。改进后高压氮气设计与气化炉安全联锁顺控动作较之前的设计复杂很多。中海石油华鹤煤化有限公司水煤浆气化装置自开工以来，整体运行平稳，达到设计要求，安全系统与高压氮气保护系统充分发挥其作用。笔者就GE最新设计的安全联锁的使用、调试过程和安全性能进行分析，供同行参考。1 GE水煤浆气化安全联锁系统应用及问题分析1．1煤浆管线吹扫问题在停车之后对气化炉煤浆管线的检查中，发现煤浆管线有吹扫不干净的情况，建议对煤浆管线吹扫时间进行更改，煤浆管线吹扫时间从原15 S更改为20 S，氧气管线吹扫时间从原20 s更改为30 S。煤浆管线高压氮气吹扫限流孑L板直径为20．14 mm，设计流通能力偏小，停车时高压氮气对煤浆管线爆破吹扫效果较差，将孔板直径更改为40 mm，加大高压氮气的流通量，提高了煤浆管线的吹扫效果。1．2 气化炉开车条件对事件顺序(SOE)记录的影响当前气化炉开车条件为气化炉液位大于40％，建议将开车条件更改为气化炉液位大于30％，因为运行期间气化炉液位经常在40％左右，SOE频繁对其进行记录，所以为了系统能够稳定工作，将气化炉开车条件液位值更改为30％，可减少SOE记录的负担，加快系统运行速度。1．3煤浆管线填充时间的设计中海石油华鹤煤化有限公司煤浆管线填充时间根据管线的容积进行计算为32 S。氧气超时计时器为一个双重安全计时器，时间为53 S，GE公司在新设计了“看门狗”定时器之后，对氧气超时总计时器的设计依然保留。[收稿日期]2016—06—15[作者简介】刘强(1984一)，男，黑龙江绥化人，从事工艺技术监督工作。E-mail：liuqian949@cnooc．com．cll万方数据·46· 磷肥与复肥2016生第31卷第9期1．4氧气管线阀冲压设计对阀门的要求停车顺控中，建立氮塞，关闭氧气下游切断阀。对于氧气上游切断阀与氧气下游切断阀的设计关闭压差都为13．9 MPa，而氧气放空切断阀的设计开启压差为8．9 MPa。由于使用的是氧气管线反充压，充压后氧气管线放空切断阀前压力为12 MPa，所以该阀设计开启压差较小，建议以后工程设计中注意此问题，根据实际使用情况来看，阀门动作满足要求，未发生其他问题。1．5小流量吹扫的设计理念根据其他企业停车后中心氧管线爆炸的相关经验，GE公司设计了小流量吹扫，设计目的是适用连续的小流量氮气进入工艺烧嘴。功能之一是冷却工艺烧嘴中的喷头与中心氧喷头，避免与高温合成气接触影响金属工艺性能，连续的小流量氮气保证了停车在高压期间气化炉燃烧室置换的完全；功能之二是避免了合成气倒流进氧气管线，与微量氧气接触后发生爆炸；功能之三是稀释可能泄漏的微量氧气。小流量吹扫位于GE公司水煤浆气化紧急停车(V,SO)系统中，停车后自动触发，可以使用小流量吹扫开关手关闭小流量吹扫，当洗涤塔压力泄压到0．4 MPa时，小流量吹扫自动关闭。1．6关于单阀命令的设计对于ESD系统中的阀门，一般情况下不需要手动操作，但中海石油华鹤煤化有限公司每次开车均要对氧气管线和相关的高压氮气阀门进行调试与时间的测量，所以为操作方便设计了单阀命令。具体的安全设计要求为：单阀操作状态处于手动状态时，手动使用紧急停车按钮，ESD系统也可以有效控制系统中的阀门。1．7 水煤浆气化连投三要素与相关的设计仪表对于中心氧吹扫和外环氧吹扫设计有高压氮气管线吹扫流量计，以便精准地确定高压氮气准确进入中心氧通道和煤浆管线通道。GE公司这个设计对于国内经常连投的企业来说是一个安全设计，因为连投的三要素主要有：1)高压氮气压力满足要求；2)合成气氧质量分数低于0．5％；3)中心氧吹扫完成，外环氧吹扫完成，即根据吹扫流量来判断中心氧和外环氧的绝对清洁，故GE对中心氧氮气吹扫设计了单独的流量计，并且具有累计的功能，在下一次停车吹扫时，该流量累计会自动清零。1．8煤浆管线与氧气管线的吹扫间隔煤浆管线与氧气管线的吹扫间隔的设计，以前设计多为7 s，而中海油华鹤煤化有限公司吹扫不是以时间间隔来控制，与以往设计有很大不同。高压氮气管线上设计有FV03203、FV03204流量调节阀，由G联锁控制小流量吹扫。进行煤浆管线吹扫的条件为：FV03202、FV03204阀门全开(模拟量反馈大于90％)时，进行煤浆管线吹扫，流量调节阀动作时间整定在3 s以内。该设计缩短了煤浆与氧气管线的吹扫时间，一定程度上增加了吹扫的安全性。1．9开车之前阀门状态的自检阀门故障与变送器故障自检，都是在气化炉开车之前起作用，若气化炉开车之前未接到故障信息，则认为开车条件满足，也就是ESD系统在开车之前会对系统的相关变送器与阀门故障做一次全面的自检，具备条件后，才可以进行开车。这样增加了系统仪表的可靠性，提高开车的成功率。1．10独特设计的停车T联锁中海石油华鹤煤化有限公司安全联锁系统采用23个停车安全联锁，ESD采用GE公司三重化冗余安全表决系统(GMR)设计。T联锁为GE公司的最新设计，总计23个停车联锁，在运行过程中全部投用。其中T21联锁设置在煤浆充管结束后，当煤浆管线压力与气化炉合成气出口压力<0 MPa时，触发气化炉联锁停车。该联锁大大提高了系统整体的安全性，很好地克服了煤浆管线泄漏、现场对煤浆管线上阀门误操作等问题。三选二的压力表设计在煤浆管线与合成气出口管线上，布置方便，以前的烧嘴压差设计，气化炉炉体不允许过多开孔，取压管线上引出3块压力表会出现因为取压管线堵塞而引起3块同时测量不准确的情况，故很多企业烧嘴压差都设计有联锁，但长时间处于旁路状态。自中海石油华鹤煤化有限公司水煤浆气化装置开车以来，T21联锁很好地保护了气化炉安全稳定地运行。2结语GE公司近年来对安全联锁设计逐步优化，安全性能大幅度提高，设计与思路的优化使整套气化装置有优良的安全性能。ESD系统作为水煤浆气化安全运行的守护者，可在60 ms内对进入ESD系统的参数进行扫描，合理安全高效的ESD系统大幅度地提高了企业生产的安全性。以上分析为笔者在工艺角度，就单位安全联锁设计的一些理解，望广大煤气化行业同仁批评指正，在煤气化行业携手共进，共创辉煌

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