CN102253664B - 一种煤气化生产过程中氧含量检测控制的方法 - Google Patents

Abstract

一种煤气化生产过程中氧含量检测控制的方法，特别适用于合成氨、甲醇生产中氧含量的控制。因为氧含量控制系统是一个大时滞系统，大时滞系统的控制问题是过程控制中的难题。本发明把氧含量分析的取样点，前移到导致煤气中氧含量升高的起点，即单台煤气发生炉出口，并设计安装了小型仪表用缓冲水分器及气体干燥脱硫的精制净化装置，再利用氧含量自动分析仪，终端与DCS系统相连接，与自动控制和安全联锁结合，实现了自动报警和安全联锁，在源头上解决了单炉炉况恶化、阀门故障，造成氧含量高的难题，这对化工行业的安全生产，稳定生产，是一个突破性的技术创新。变事后被动控制为事先主动控制，减小了时滞问题，达到本质安全的要求。

Description

一种煤气化生产过程中氧含量检测控制的方法

技术领域

本发明涉及一种煤气化生产过程中氧含量检测控制的方法，如合成氨、甲醇生产过程中对氧含量的检测控制的方法。

背景技术

在固定床气化生产原料气的合成氨生产工艺中，合成氨、甲醇生产原料气中的氧含量是合成氨生产中的一个重要参数，是影响系统安全的首控指标。原化工部颁发的工艺指标是：O₂≤0.5％，氧含量一旦超标，容易引起爆炸事故的发生。为了保证安全生产，国内外行业内的做法是在储存原料气的气柜出口管道或脱硫塔出口管道上，利用氧气分析仪设置氧含量的监测点，监测原料气中的氧含量。若氧含量超标，则实现报警及人工切断所有煤气发生炉，并将大量煤气放空，然后查找原因。找出原因排除故障点，还要再开炉制惰性气置换系统，才能逐步转入正常生产。

传统技术中若原料气中氧含量超标，传统的监测手段会切断所有煤气发生炉，使生产系统停产，并将大量煤气放空，造成了资源上的浪费。而在数台炉子中查找氧含量超标的原因又是相当困难，往往凭经验判断，加上心情紧张，也易造成判断失误，准确性差，耗费时间长，给生产安全带来极大威胁。若氧含量严重超标或处理不及时，可能会造成煤气系统发生系统爆炸，产生严重后果。即使找出原因排除故障点，还要再开炉制惰性气置换系统，才能逐步转入正常生产，延长了故障排除的周期，影响了生产的正常进行。

发明内容

本发明的目的是提供一种把氧含量的监测点改造到各分散的煤气发生炉单炉系统的煤气出口管，并将氧含量信号接入DCS系统，实现自动控制和安全联锁功能，变事后被动控制为事先主动控制的煤气化生产过程中氧含量检测控制的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种煤气化生产过程中氧含量检测控制的方法，其特征是：将原料气中氧含量的取样点选取在洗气塔出口管道上，在单炉煤气系统除尘、降温后的洗气塔出口管道上安装一台仪表用的缓冲水分器，再依次安装一个仪表气干燥器及脱硫器，原料气经缓冲水分器气水分离后，再经干燥器干燥、脱硫器脱硫后，进入氧含量自动分析仪；然后将氧含量自动分析仪产生的信号进入DCS系统，在DCS系统上实现声光报警、自动化控制和安全联锁：(1)当单台煤气炉的氧含量升高，达到设定的数值时，发出声光报警，提醒操作工人迅速查找原因；(2)当单台煤气炉氧含量升高到另一设定的数值时，除声光报警外，还与该单炉烟囱阀联锁放空，单炉进入停车程序，安全停炉。

根据所述的煤气化生产过程中氧含量检测控制的方法，其特征是：所述煤气化生产为合成氨、甲醇生产。

本发明把氧含量的监测点改造到各分散的煤气发生炉单炉系统的煤气出口管，变事后被动控制为事先主动控制，单炉氧含量开始升高至规定数值时，实现自动报警和安全联锁：氧含量≥0.6％时，发出声光报警；氧含量≥0.8％时，除声光报警外，不是切除所有煤气发生炉，而是只自动切除当前氧含量超标的煤气发生炉，不影响其他炉子的正常运行，减少对生产的影响。另外，减小了时滞问题，能准确、及时、有效的控制好初始氧含量超标，真正实现生产过程的本质安全化。

本发明能准确、及时、有效的控制好初始氧含量超标，减小了时滞问题。单台煤气发生炉氧含量超标后会实现自动化控制和安全联锁(国家安监总局在煤化工行业重点推行的自动化控制和安全联锁工程要求)，其他煤气发生炉正常工作，减少了对生产的影响。在源头上解决单炉炉况恶化阀门故障，造成氧含量高的难题，准确及时的关停危险源，这对化工行业的安全生产，稳定生产，是一个突破性的技术创新，把它与DCS(集散控制系统)自动化控制及安全联锁系统结合起来，达到本质安全的要求。

附图说明

图1为本发明氧含量检测控制流程示意图。

图2为已有技术中氧含量检测控制流程示意图。

图3原有技术中氧含量检测结果。

图4为本发明中氧含量检测结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

已有的合成氨生产装置中所采用的氧含量检测控制方法如图2，煤气发生炉产生的煤气，经除尘器回收余热，再经洗涤降温后送入气柜，然后经较长的气柜出口管道送经煤气风机加压后送往脱硫工序的冷却塔、脱硫塔、静电除焦油器，再送往压缩工序。原料气中氧含量的取样点选取在脱硫塔出口管道上，将取样点的检测样气接入氧含量分析仪，具体的控制模式为：

(1)氧含量≤0.5％，正常操作，无报警输出；

(2)氧含量≥0.6％，进行声、光报警，提醒造气、脱硫工段操作人员注意监视氧含量的变化情况，并采取措施，检查氧含量升高原因并进行处理；人工切断所有煤气发生炉的供气。

原来传统做法是在脱硫塔出口、静电除焦油器进口监控氧含量，从开始生产出原料气到检测到稳定的原料气中的氧含量大约需要20min的时间；一是因为单台煤气炉氧含量超标，要在气柜中混合，再经管道的监测点反应在仪表上。大大延长了反应时间，虽然单台煤气炉氧含量超标，但是经过混合后的氧含量不一定超标；二是若氧分析仪显示指标超标，可能是多台炉子氧含量超标所致，或者是单台炉子工艺状况恶化、阀门故障等，使其氧含量的浓度已长时间高出化工部严控指标的数倍。这时氧分析仪即使检测到超标信号，如若不能及时控制，几千立方米的煤气柜已是一个极大的爆炸危险源，煤气风机再把氧含量高的煤气送往后工序，同时煤气风机在加压氧含量已升高的煤气时，气体被压缩，同时使压缩时的煤气温度升高，增加煤气压缩、升温后发生爆炸的可能性，从而所有工序都有发生爆炸的隐患。

本发明是在原来氧含量检测控制方法的基础上进行的突破性、创造性改进，将原料气中氧含量的取样点选取在洗气塔出口管道上(见图1)，原料气经样气缓冲水分器气水分离后，再经干燥器干燥，脱硫器脱硫后，样气通过氧含量分析仪，然后将氧含量分析仪产生的信号进入DCS系统，在DCS系统上实现了声光报警、自动化控制和安全联锁(采用已有的公知技术)：具体的联锁报警模式和图2所示的已有的控制方案的区别是氧含量≥0.6％时，发出声光报警；氧含量≥0.8％时，除声光报警外，不是切除所有煤气发生炉，而是只自动切除当前氧含量超标的煤气发生炉。改进后，从开始生产出原料气到稳定的检测到原料气中氧含量的时间在约10s之内，由此可以看出改进后的检测控制方法比原有检测控制方法的运行结果显著改善，克服了大时滞的问题，当单炉氧含量刚开始超高时，便可进入系统进行联锁停止单台炉子，变事后被动控制为事先主动控制，达到安全生产的目的。

本发明的控制系统，能够及时准确的控制氧含量的指标，并保证了安全、稳定生产。原来设想检测时滞在2min以内，而实际检测结果经常在5s以内，即使存在较大干扰，控制误差也在0.05之内。图3、图4的波形所显示的是开始生产1小时内的检测记录曲线，从该记录曲线图中可以看出，系统有效的解决了氧含量监测控制的时滞问题。

实施例

如图1所示，本发明在单炉煤气系统除尘、降温后的洗气塔出口管道上安装一台仪表用的缓冲水分器，再装一个仪表气干燥器及脱硫器，干燥、脱硫的样气进入氧含量自动分析仪，产生的信号进入DCS系统(集散控制系统)。哪台煤气炉的氧含量升高，在达到规定的数值0.6％时，发出声光报警，提醒操作工人迅速查找原因；氧含量升高到0.8％，除声光报警外，还与该炉烟囱阀联锁(打开)放空，该单炉便进入停车程序，安全停炉，其它煤气炉正常产生。使系统生产正常进行，安全可靠，迅速敏捷。氧含量高的煤气炉采取联锁措施——打开放空阀后，单炉便进入停车程序，安全停炉，操作工人从工艺、设备、阀门等方面便可准确查找原因，排除隐患，恢复单炉生产。

本发明为煤气化生产过程中特别是合成氨、甲醇生产中氧含量控制的一种控制方案，因为氧含量控制系统是一个大时滞系统，大时滞系统的控制问题是过程控制中的难题。本发明把氧含量分析的取样点，前移到导致煤气中氧含量升高的起点，即单台煤气发生炉出口，并设计安装了小型仪表用煤气小气水分离缓冲器及气体干燥脱硫的精制净化装置，再利用氧含量自动分析仪，终端与DCS系统相连接，与自动控制和安全联锁结合，实现了自动报警和安全联锁，在源头上解决了单炉炉况恶化，造成氧含量高的难题，这对化工行业的安全生产，稳定生产，是一个突破性的技术创新。变事后被动控制为事先主动控制，减小了时滞问题，达到本质安全的要求。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种煤气化生产过程中氧含量检测控制的方法，其特征是：将原料气中氧含量的取样点选取在洗气塔出口管道上，在单炉煤气系统除尘、降温后的洗气塔出口管道上安装一台仪表用的缓冲水分器，再依次安装一个仪表气干燥器及脱硫器，原料气经缓冲水分器气水分离后，再经干燥器干燥、脱硫器脱硫后，进入氧含量自动分析仪；然后将氧含量自动分析仪产生的信号进入DCS系统，在DCS系统上实现声光报警、自动化控制和安全联锁：(1)当单台煤气炉的氧含量升高，达到设定的数值时，发出声光报警，提醒操作工人迅速查找原因；(2)当单台煤气炉氧含量升高到另一设定的数值时，除声光报警外，还与该单炉烟囱阀联锁放空，单炉进入停车程序，安全停炉。

2.根据权利要求1所述的煤气化生产过程中氧含量检测控制的方法，其特征是：所述煤气化生产为合成氨、甲醇生产。

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