德士古水煤漿氣化工藝流程簡介如下：將原料煤、水及添加劑等輸送至研磨機(jī)研磨成水煤漿，由高壓煤漿泵送入氣化爐燒嘴。來自空分裝置的氧氣在氣化爐內(nèi)加溫加壓后發(fā)生部分氧化反應(yīng)，氣化爐膛內(nèi)溫度達(dá)1350～1400℃。離開氣化爐的粗合成氣和熔渣進(jìn)入激冷室，粗合成氣經(jīng)第一次洗滌并被水淬冷后，溫度降低與水及蒸汽形成飽和合成氣后出氣化爐；氣體經(jīng)文丘里洗滌器、碳洗塔洗滌除塵冷卻后送至變換工段。氣化爐、洗滌塔等排出的黑水經(jīng)四級閃蒸后送往澄清槽處理或循環(huán)利用。氣化爐反應(yīng)中生成的熔渣經(jīng)水浴分離后，由撈渣機(jī)從渣池?fù)瞥龊笱b車外運(yùn)。
水煤漿、氧氣、合成氣及黑水等是水煤漿氣化工藝流程中的關(guān)鍵工藝介質(zhì)，針對這些工藝介質(zhì)的特殊儀表選型方案逐一展開介紹。
水煤漿流量計(jì)與切斷閥的選型
1、水煤漿電磁流量計(jì)
水煤漿是非牛頓流體，由于其特殊的物理特性，固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)55%～65%，動(dòng)力黏度在0.7～3.0Pa·s，流速只有不到1m/s，同時(shí)具有一定的腐蝕性。要求流量計(jì)具有抗沖刷性，低流速抗干擾性及抗腐蝕性，所以需要采用專用的煤漿電磁流量計(jì)測量流量。
水煤漿電磁流量計(jì)特點(diǎn)：
①通常采用抗沖刷襯里，材質(zhì)如耐磨ETFE或PFA，也有采用聚氨酯襯里的。
②采用低噪音或雙頻勵(lì)磁電極，材質(zhì)如哈氏合金C加陶瓷。
③采用分體式變送器，具有濾波降噪功能。
④需要有良好的接地裝置，可選內(nèi)置接地和外置接地環(huán)兩種，外置接地環(huán)還可以起到保護(hù)襯里翻邊的作用。
2、水煤漿氣動(dòng)切斷球閥
水煤漿切斷球閥通常采用固定球型式，閥體材質(zhì)采用碳鋼WCB，其下游切斷閥接近爐頭位置，需考慮回火425℃高溫要求，材質(zhì)采用碳鋼WC6或WC9，可要求基材進(jìn)行NACE處理，閥芯閥座采用SS316加STELLITE6或碳化鎢(WC)硬化處理，閥芯采用刮刀設(shè)計(jì)，閥桿采用防噴出結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為17-4PH加熱處理，閥座后彈簧材質(zhì)為INCONEL750，開關(guān)行程時(shí)間均要求小于5s，選用彈簧復(fù)位氣缸式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在出廠前根據(jù)配管要求旋轉(zhuǎn)一定的角度。
GE工藝包目前通常要求在水煤漿主管線及回流管線上均設(shè)置上、下游兩道切斷閥，4臺(tái)煤漿閥均為參與開車順控及安全聯(lián)鎖的重要切斷閥，所以對閥門的泄漏等級要求較高，一般推薦TSO，V級雙向密封，但根據(jù)煤漿閥的切斷特性，同時(shí)要求閥門能達(dá)到API598雙向零泄漏密封等級。
氧氣流量測量與控制閥的選型
1、氧氣流量測量元件
主管氧氣流量測量通常采用文丘里流量計(jì)，管線上設(shè)置溫壓補(bǔ)償，整體材質(zhì)為INCONEL625，可采用焊接或法蘭連接方式，采用均壓環(huán)式的3對取壓口進(jìn)行“2003”聯(lián)鎖，由于管道存在振動(dòng)，故建議取壓口與導(dǎo)壓管之間采用焊接的連接形式。
中心氧管線流量測量通常采用標(biāo)準(zhǔn)孔板，孔板及取壓法蘭材質(zhì)為INCONEL625。主氧管線爐頭處通常設(shè)置1臺(tái)限流孔板，由于限流孔板離爐頭較近，易受高溫影響變形，故要求孔板具有足夠的厚度以保證其強(qiáng)度。
氧氣流量差壓變送器膜片選擇時(shí)，應(yīng)避免硫、氯的腐蝕，膜片應(yīng)選用MONEL材質(zhì)。
2、氧氣控制閥選型
氧氣主管上設(shè)置的控制閥有氧氣主管流量控制閥、遙控閥及主管上下游切斷閥。氧氣放空管上設(shè)置的控制閥有放空管流量控制閥、放空管切斷閥。中心氧管線上設(shè)置的控制閥有流量控制閥。此外還有隔離高壓氮?dú)獾牡?、緩沖及吹掃閥等。
這些控制閥均參與開停車順控、泄壓吹掃順控等重要安全聯(lián)鎖，通常設(shè)置互為備用的雙電磁閥控制，并通過限位開關(guān)2個(gè)關(guān)位和閥位變送器反饋信號組成“2oo3”聯(lián)鎖控制。
對于高壓氧氣，氧氣控制閥以及管線的材質(zhì)一直是比較關(guān)注的焦點(diǎn)問題，歐洲工業(yè)氣體協(xié)會(huì)EIGA在其氧氣管道系統(tǒng)規(guī)定上不斷地調(diào)整常用材質(zhì)INCONEL625，INCONEL600以及MONEL 400，MONEL K500的豁免壓力，尤其INCONEL625和INCONEL600的豁免壓力在歐洲氧氣管道系統(tǒng)規(guī)范IGC DOC 13/02/E-2002和歐洲氧氣管道系統(tǒng)規(guī)范IGC DOC 13/12/E-2012上更是進(jìn)行了一次相當(dāng)于對調(diào)的調(diào)整，對于最小厚度3.18 mm時(shí)，INCONEL625的豁免壓力降到了6.9MPa，而INCONEL600的豁免壓力卻提升到了8.7MPa。但由于INCONEL625具有良好的耐高溫性及耐腐蝕性，該工藝包還是推薦INCONEL625作為首選，并聲明通過GE的測試，INCONEL625在厚度為6.35mm時(shí)，其耐壓特性會(huì)提升至11.7MPa，并將其測試結(jié)果提交EIGA。
為避免控制閥出現(xiàn)過多的沖擊工況，閥體口徑應(yīng)盡量與管道保持一致，閥內(nèi)件材質(zhì)的選擇一般有兩種，早期為INCONEL625堆焊STELLITE6，由于STELLITE6的豁免壓力較低，只有3.44MPa，該堆焊方式理論上講存在降低閥內(nèi)件整體豁免壓力的可能，目前不宜推薦，后期改為INCONEL625噴涂鎳基合金，符合規(guī)范要求，但能做的供貨商不多且造價(jià)較高。還有一種為滿足豁免壓力采用的新的方式，閥體還是采用INCONEL625，閥內(nèi)件采用MONEL K500，理由是K500擁有超高豁免壓力，當(dāng)厚度0.762mm時(shí)，豁免壓力為20.68MPa的同時(shí)，還具有高溫下的耐壓特性保證強(qiáng)度，不會(huì)像MONEL 400在高溫下耐壓能力驟降，需提高整體壓力等級才能滿足要求，需提醒制造商考慮MONEL K500與INCONEL625兩種材質(zhì)的膨脹系數(shù)以避免出現(xiàn)閥內(nèi)件卡塞現(xiàn)象。
關(guān)于控制閥的結(jié)構(gòu)，氧氣控制閥應(yīng)盡量首選低進(jìn)高出的閥體結(jié)構(gòu)，按照ASTM G88的要求，氧氣介質(zhì)先進(jìn)入閥腔再節(jié)流，可減小介質(zhì)對閥體流道的沖擊，不易形成湍流。
此外，閥門前后直管段還需遵循GB16912-2008《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)范》及歐洲氧氣管道系統(tǒng)規(guī)范IGC DOC 13/12/E-2012，尤其閥后直管段宜為5D～8D，建議值為1.5m。
爐膛及爐壁的溫度測量儀表選型
1、氣化爐高溫?zé)犭娕?/span>
氣化爐熱電偶的使用壽命主要取決于套管的設(shè)計(jì)及材質(zhì)的選擇，通常為進(jìn)口碳化硅內(nèi)襯納米陶瓷管，且管內(nèi)進(jìn)行填充密封形成一個(gè)實(shí)體腔，避免氣體對偶絲的腐蝕和還原。
2、氣化爐表面熱電偶
以1臺(tái)6.5 MPa德士古氣化爐為例，拱頂通常設(shè)9個(gè)溫區(qū)，變徑段設(shè)3個(gè)溫區(qū)，直筒段設(shè)18個(gè)溫區(qū)，并覆蓋高溫?zé)犭娕嘉恢眉绊敳糠ㄌm。每個(gè)溫區(qū)使用1支連續(xù)熱電偶對其爐壁表面進(jìn)行熱點(diǎn)探測，每臺(tái)爐一般使用30支連續(xù)熱電偶。同時(shí)，通過溫度采集系統(tǒng)將連續(xù)熱電偶信號傳輸?shù)紻CS，可采用溫度輸入輸出模塊來實(shí)現(xiàn)。
3、間接測量法
一般還可以通過分析洗滌塔出口合成氣中CH4的含量來判斷爐溫。
合成氣放空控制閥的選型
1、合成氣放空控制閥
合成氣放空控制閥一般采用多級降噪的套筒閥及閥后出口加降噪板的配置方式，同時(shí)選用大小2種口徑的閥門通過分程調(diào)節(jié)的方式來實(shí)現(xiàn)開車階段及緊急放空階段的多種工況。
合成氣放空調(diào)節(jié)閥應(yīng)用于高壓差6.5MPa，同時(shí)又是高溫約240℃的場合，合成氣在開車工況時(shí)容易含灰等固體顆粒，所以在閥門選型時(shí)需注意，閥體材質(zhì)通常為WC6，閥內(nèi)件材質(zhì)通常為SS316堆焊STELLITE6，降噪套筒開孔一般不小于8mm，可在合理噪音控制范圍內(nèi)，有效避免控制閥出現(xiàn)堵或卡的現(xiàn)象而影響開車。由于管道高溫及振動(dòng)的影響，閥桿可選用散熱型或延長型，閥門定位器可采用分體式或加儀表空氣吹掃的方式降溫。此外，大閥盡量選用足夠大的流通能力可有效優(yōu)化開車控制。
近兩年，合成氣放空控制閥也有采用迷宮式調(diào)節(jié)球閥來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)及切斷兩種功能。
2、合成氣切斷閥
合成氣切斷閥通常采用三偏心蝶閥，一路用于切斷合成氣火炬放空，另一路用于切斷合成氣去變換單元。閥體材質(zhì)通常為WC6，由于蝶閥閥板不承壓，材質(zhì)可與閥體相同，應(yīng)注重閥座密封環(huán)的選型，最好采用全金屬密封環(huán)以增強(qiáng)耐磨損能力和使用壽命。
此外，需注意去變換單元的三偏心蝶閥可能存在雙向承壓的工況，泄漏等級應(yīng)考慮雙向密封要求，同時(shí)閥門所受壓差大，三偏心蝶閥是靠扭矩密封，應(yīng)考慮足夠扭矩的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
黑水流量測量及控制閥的選型
1、楔式流量計(jì)
氣化產(chǎn)生的渣水、黑水介質(zhì)，具有高溫，含固量高，不同粒徑的硬質(zhì)顆粒摻雜在高速流體中流動(dòng)，沖刷性強(qiáng)，富含硫及氯離子，腐蝕性強(qiáng)，停車后容易結(jié)垢等特點(diǎn)。
對于黑水流量的測量，通常采用楔式流量計(jì)，其楔塊采用噴涂WC碳化鎢或直接采用實(shí)體碳化鎢，硬度達(dá)到HRC70，具有良好的抗沖刷性能，選型時(shí)需注意楔塊的頂角角度，應(yīng)盡量大，最好控制在90°～120°，可有效避免介質(zhì)的沖刷而損壞測量管，如果介質(zhì)在測量管中流速超過4m/s，建議測量管尤其是楔塊對面處做硬化處理涂層以增強(qiáng)其耐磨性，提升其使用壽命。
2、鎖渣閥
通常把鎖斗系統(tǒng)的鎖斗入口上、下游切斷閥，鎖斗出口切斷閥及沖洗水切斷閥該4臺(tái)閥門稱作鎖渣閥，鎖渣閥的應(yīng)用工況除了耐高溫、耐磨損、耐腐蝕外，還有很重要的一點(diǎn)就是其高頻次開關(guān)特性，大約每30min開關(guān)1次，同時(shí)鎖渣閥還參與氣化爐的安全聯(lián)鎖。
該工藝包目前開始分析渣水中的硫、氯離子含量，并將鎖渣閥的閥體材質(zhì)提高至雙相鋼2205，甚至超級雙相鋼2507，同時(shí)對閥體、閥球流道及閥球唇口處進(jìn)行硬化處理以增強(qiáng)閥體的耐腐蝕性及耐沖刷性。
多數(shù)情況下，鎖渣閥及黑水球閥的閥座后彈簧材質(zhì)采用INCONEL750，這種材質(zhì)很硬，如果采用碳鋼閥體，彈簧腔內(nèi)長時(shí)間滲進(jìn)黑水后產(chǎn)生腐蝕，容易被很硬的彈簧磨損，閥體材質(zhì)的提高可有效避免問題。
為節(jié)約成本，該閥也有采用閥體襯套或堆焊硬質(zhì)合金等成熟的制造工藝，以提高鎖渣閥的使用壽命。
鎖渣閥的閥球及閥座的硬化處理方式有很多種，通常有堆焊STELLITE、超音速火焰噴涂碳化鎢或碳化鉻(冷噴)及等離子堆焊等方式，每種方式都有自己的特點(diǎn)，后期加工及最終厚度也不太一樣，實(shí)際應(yīng)用效果相差不大。
由于渣水中的固體顆粒多且細(xì)小，容易滲透到閥軸間隙、閥座密封墊及閥腔內(nèi)等部位，造成卡塞導(dǎo)致閥門失靈，所以刮刀設(shè)計(jì)、導(dǎo)灰槽設(shè)計(jì)、蝶形彈簧，以及浮動(dòng)閥座等特殊設(shè)計(jì)可根據(jù)需要選型。
此外，通常要求鎖渣閥成套調(diào)速排氣閥，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整閥門開關(guān)行程時(shí)間，并控制在5～8s，以控制渣水對管道的沖擊力。
3、黑水角閥
黑水角閥主要用于黑水進(jìn)閃蒸罐的工況，該處容易出現(xiàn)閃蒸和氣蝕的工況。經(jīng)過流體動(dòng)力學(xué)的計(jì)算，閥體為流線型，無死區(qū)，材質(zhì)多為雙相鋼，閥芯采用實(shí)體碳化鎢，閥座采用嵌套碳化鎢，文丘里擴(kuò)散段采用整體STELLITE合金，整體構(gòu)造能有效避免閃蒸及氣蝕現(xiàn)象對閥體及閥內(nèi)件的磨損。角閥一般都會(huì)要求加機(jī)械限位以避免閥內(nèi)件碰撞的產(chǎn)生的損傷。角閥出口管道應(yīng)要求采用厚壁管，如條件允許最好進(jìn)行硬化處理，以避免被沖蝕。
其他需注意的儀表選型事項(xiàng)
1、氫氣壓力儀表
合成氣中含有一定量的氫氣，應(yīng)考慮氫脆現(xiàn)象的發(fā)生，最好采用鍍金膜片氫氣壓力儀表。
2、開車工況的控制閥選型
氣化工藝中有一些控制閥在開車工況和正常運(yùn)行工況存在較大差壓，如洗滌塔液位控制閥，正常運(yùn)行時(shí)流量大、壓差很小，偏心旋轉(zhuǎn)閥可調(diào)，但開車工況中則存在大壓差的現(xiàn)象，所以該類控制閥可采用窗口式的套筒閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3、分析儀表的選型
氣化洗滌塔出口合成氣分析有多種組合方案，如單表方案、色譜方案及質(zhì)譜方案。單表方案投資小，但后期維護(hù)量大；色譜方案投資偏高，性能可靠，后期維護(hù)量相對小，但分析周期相對長；質(zhì)譜方案投資最高，性能先進(jìn)，后期維護(hù)量小，分析周期相對短很多，實(shí)時(shí)性和精度相對高。
結(jié)束語
氣化裝置是煤化工項(xiàng)目的核心，因此，首先要選用使用壽命長、質(zhì)量及性能優(yōu)越、更安全可靠的儀表，同時(shí)更要緊跟自動(dòng)化儀表現(xiàn)代化科技發(fā)展的步伐，不斷從設(shè)計(jì)中優(yōu)化儀表選型，給最終用戶提供最優(yōu)的選型方案，能夠?yàn)闅饣b置的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的保證。
作者：婁承(中國天辰工程有限公司)
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