壳牌煤气化装置石灰石系统的优化改造

                                                作者：叶峰 杜玉献

　　摘 要：本文主要分析了龙宇煤化工壳牌煤气化装置石灰石系统在试运行过程中遇到的问题及各种故障，探讨了各类故障的产生原因，给出了相应的解决办法，并阐述了作者在对石灰石系统改造过程中的一些见解。 
　　关键词：壳牌煤气化 灰熔点 失重秤 冗余 
　　 一、引言 
　　 河南省永城市龙宇煤化工电仪厂公司500kt/a甲醇装置采用粉煤加压气化的壳牌煤气化工艺，采用该工艺的壳牌气化炉内部反应温度为1400到1600摄氏度，而永城本地煤灰分及灰熔点均偏高，不利于气化反应成渣以熔融状态外排，这就需要在原料煤中加入适量的石灰石以降低其灰熔点，以利于气化炉的流态排渣。因此，石灰石的按比例定量添加在保证上述反应过程稳定性上至关重要。 
　　 二、石灰石系统简介 
　　 1.系统简介 
　　 河南省永城市龙宇煤化工电仪厂公司公司采用徐州三元的石灰石称重计量输送系统向磨煤机中定量添加石灰石成分，其主要组成部分包括包括电液加料阀、计量斗、卸料螺旋、旋转卸料阀、电振装置、自校验装置和电气控制系统。其中电液加料阀、计量斗、卸料螺旋、和失重秤控制显示器组成失重秤计量系统，是整个石灰石计量输送系统的核心。该计量系统基本工作过程如下图所示： 
　　 2.工作原理 
　　 卸料螺旋根据预置流量对应的螺旋转速，均匀卸料。控制显示器实时检测计量斗的重量，将单位时间内的物料失重量与预置流量进行比较。实际流量与预置流量之间的差异，控制显示器进行PID运算，输出电流信号控制变频器，改变卸料螺旋的转速，从而达到工艺设定的流量范围。 
　　 3.系统特点 
　　 该失重秤的特点是间断加料，连续卸料。不加料时，仪表采用PID运算调整卸料螺旋转速，而在卸料的同时，物料量到了下限进行加料，仪表会固定变频器的转速信号（加料前一刻的转速），采用模糊计算的方式，计算那一段时间通过的物料量。因加料时间相对卸料时间较短，系统整体控制精度较高。 
　　 三、石灰石系统运行状况及问题分析 
　　 1.运行概况 
　　 该系统在我公司开试车过程中总体运行稳健，基本能够满足正常生产的需要。但随着时间的推移，该系统存在的深层次问题问题逐渐暴露出来，导致该系统运行稳定性下降，甚至一度严重影响磨煤系统，乃至整个煤气化装置的高效稳定运行。 
　　 2.问题及其原因分析 
　　 该石灰石计量及输送系统在长期的运行过程中曾多次出现柜内控制器板卡性能下降、输出信号精度降低、控制柜内元器件不明原因的损坏、与公司主控制系统TPS系统通讯不畅等电仪故障。 
　　 此外，该系统在原始设计上也存在一些缺陷：其一，联锁保护系统过于复杂，以致一个干扰信号的出现就会引起相应磨煤系统的紧急停车；第二，敲击振动系统频率过低，振动时间过短，以致计量仓屡次出现堵料现象；第三，未考虑双系列间的交叉冗余切换，虽与相应磨煤装置配套实现了整套装置间的相互备用，但当一个系列的石灰石计量输送系统出现故障时，相应的磨煤系统只能处于停机等待过程中，而不能实现一个系列的石灰石计量输送系统配合另一系列的磨煤干燥系统为系统持续供料的功能。 
　　 针对以上问题，笔者分析总结后认为，其与该设备运行环境恶劣，外部信号干扰较为严重有一定关系；但更为重要的一点在于，该系统设计初期预设功能较为简单，未对设备运行过程中的实际工况变化及后期功能扩展予以全面考虑。为解决上述问题，优化系统运行性能，我公司技术人员在2009至2010年间对该系统进行了全面的技术升级和改造。 
　　 四、石灰石系统的优化改造及运行效果分析 
　　 1.系统的优化改造 
　　 1.1内部PLC程序的修改 
　　 将原设计的每次电振运行时间由2秒延长为5秒，同时将电振运行时间间隔由60秒缩短为30秒，以增强震动效果，防止运行过程中石灰石计量仓架桥堵料；同时将失重秤运算所得的计量仓余料重量和卸料流量通过MODBUS通讯的方式送DCS系统，便于操作人员实时掌控现场卸料情况。 
　　 1.2柜内接线的整改 
　　 对于运行过程中遇到的控制柜内熔断器、继电器等频繁烧毁现象，笔者认为系该系统电振装置运行到停止的切换过程中，其接触器线圈所产生感应电动势对回路中电器元件的高压击穿。对此，我们在此类接触器的线圈两端并联了反向的续流二极管，以消耗感应电动势，保护回路电器元件。 
　　 此外，对于原电仪回路中存在的大量继电器线圈共用一条系统零线的接线方式，我们适当的加装了部分冗余回流线路，以避免一点断路，全线拒动现象的发生。 
　　 1.3相关DCS联锁的优化改造 
　　 原设计中，卸料螺旋及其下部旋转给料机运行信号的丢失，都会引起石灰石系统及相应磨煤装置的跳车，该联锁设计过于保守，笔者所在单位在前期曾多次出现因上述两个装置运行信号的闪烁而引起的磨机跳车。为此，我们将此程序优化为在系统正常运行后，仅卸料螺旋运行信号丢失两秒以上才会引起石灰石及磨煤系统的跳车，且因石灰石系统跳车触发的磨机跳车信号，可由工艺人员根据实际工况予以屏蔽或投入。 
　　 1.4系统全冗余切换功能的实现 
　　 在最初设计中，石灰石系统仅能向同系列磨机加料，两套磨煤机及石灰石系统间实现了系列间的相互冗余备用。若这四个子系统中的任意一个出现问题，则磨煤单元只能单系列正常运行；若四个子系统交叉出现故障，则整个磨煤系统均不能正常运行。这种情况的存在，严重制约了我公司主装置的长周期稳定运行。为此，我们在现场两个石灰石计量系统的输出管路上均加装分支，并配以切断阀门，使每个石灰石系统都可向两台磨机输送石灰石；同时，为控制石灰石的掺加量，我们在DCS流程图画面上增加了石灰石和磨煤系统之间的交叉按钮，使之在进行冗余切换时可以自由的根据相应的煤流量以预定比例准确的向磨机中添加助熔剂石灰石。 
　　 2.行效果分析 
　　 自2010年石灰石系统改造完成后，双系列石灰石计量及输送系统在长达一年的运行过程中，再未出现上述诸如烧毁元器件、称重计量系统失准失控、通讯中断、堵料、干扰信号引起的意外跳车等故障，双机双系列同时不备的概率也大大降低，保证了我公司壳牌煤气化装置的长周期高效稳定运行。 
　　 五、结语 
　　 对石灰石系统的一系列改造的完成，彻底改变了装置运行初期石灰石系统频繁故障，影响制约我公司磨煤机及煤气化主装置正常稳定运行的不良工况，为我公司后期全装置的高效运行起到了良好的促进作用。一年多来的生产实践证实，我公司对壳牌煤气化石灰石系统的改造效果良好，达到了预期目标。 
　　 
　　参考文献： 
　　[1]SY-3085CF失重称说明书 徐州三元称重技术有限公司. 
　　作者简介：叶峰 （1975.10），男，民族汉，河南省周口市人，职称助工，学历大专，单位：河南龙宇煤化工，研究方向：自动化仪表 杜玉献 （1980.11），男，民族汉，河南省邓州市人，职称助工，学历本科，单位：河南龙宇煤化工，研究方向：工业自动化。 

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2019-05-11