CN105154109A - 一种上升管余热回收过程中的安全监控系统及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上升管余热回收过程中的安全监控系统及其监控方法，该系统包括若干设置有夹套筒体的上升管，夹套筒体内设置有取热管组，取热管组的上部、下部分别连通有进水管、出水管；还包括若干与上升管对应连接的上升管控制单元，上升管控制单元包括信号差异传感器，信号差异传感器设置在夹套筒体内，利用信号差异传感器检测上升管夹套筒体内部的工作参数，工作参数发生突变时，上位机机向控制阀发出切断指令，上位机将包含有上升管识别码、工作参数信息发送给所述服务商服务器，服务商根据服务商服务器接收到的信息对上升管信息所对应的上升管进行更换，上位机执行机构向对应控制阀发出指令使其开启从而启用更换后的上升管。

Description

一种上升管余热回收过程中的安全监控系统及其监控方法

技术领域

本发明涉及一种安全监控系统，具体是一种上升管余热回收过程中的安全监控系统。本发明还涉及上述安全监控系统的监控方法。

背景技术

从炼焦炉经上升管、桥管进入集气管内，荒煤气在桥管和集气管处用氨水喷洒冷却，使其温度由650-750℃降至80-85℃，为达到这一温度要求，每吨干装炉煤需喷洒5-6吨氨水用于冷却荒煤气，也就是说荒煤气的废热不但没有得到利用，而且还要消耗动力使煤气冷却和部分焦油器冷凝下来，荒煤气由于高温裂解往往在上升管根部结成坚硬的石墨，影响荒煤气顺利排出。由于炭化室内产生的荒煤气在不同的结焦时段煤气量不一样，而汽化冷却装置的吸热效率很高，所以汽化冷却装置在产气量少的时段会造成上升管内荒煤气温度低于400℃，温度过低会造成煤气中焦油气凝结，回流炭化室或粘附在管内壁影响荒煤气导出，清扫困难。还会导致集气管、吸气管等通道中焦油流动阻力增加。所以，焦炉上升管余热回收的任务就是回收400-750℃的余热。

荒煤气在850℃～500℃的热能属于高品质热能，高品质能源的低品质使用也是浪费，荒煤气在整个产生过程中有850～350℃左右的交替变化，当荒煤气温度高于500℃时要求废热利用，当温度低于500℃时要求停止取热，否则会造成结焦影响生产并存在安全隐患。荒煤气在上升管中经过桥管，采用大量70℃～75℃循环氨水冷却，氨水再去冷却，循环使用，高温荒煤气因循环氨水的大量蒸发而被冷却至82℃～85℃，荒煤气自身废热得不到利用白白浪费，还要大量氨水冷却，还要消耗动力进行氨水循环。

如果能够将850℃～500℃高温显热热能回收利用，降低工序能耗约10kg/吨焦；按即将采用合作实验的宝丰能源集团年产130万吨焦炭产量、可产生0.8MPa饱和蒸汽约17万吨，折合标煤1.6万吨，CO2减排近3.98万吨；SO2减排1190吨，NO2减排590吨；同时，还可以节省氨水及其循环所需要的动力，节能减排效果明显。所以，国内外均在研制上升管荒煤气废热利用装置及系统。目前，国内外实现工程应用只有夹套式结构，该结构将上升管废热回收利用其生产0.8MPa饱和蒸汽，温度为175℃，其余还有126个上升管余热回收专利技术，或以工程应用失败而不能实现工程化应用，或束之高阁不具应用价值。

当前现有可行技术存在的问题：

①夹套式结构在交变载荷下的疲劳问题无法解决：

上升管运行过程中上升管内温度在850～350℃之间交变，对于角焊缝结构的夹套式余热回收装置，有一个疲劳周期，一旦疲劳产生，焊缝会突然断裂，夹套内水瞬间流出到焦炉上会产生炉体爆炸，造成巨大的经济损失，存在重大安全隐患。

②高品质能源的低品质回收利用

荒煤气850℃～500℃高温，属于中高品质热源，以温度仅为175℃的0.8MPa饱和蒸汽利用该品位热源，显然低品位用了，这样的应用本身没有高效使用该废热，存在能源的浪费。

③聚冷现象导致结焦，给生产带来很多麻烦

煤干馏过程中当生产过程为加煤过程时，上升管内温度会达到300～400℃，这一过程上升管还在取热降温时，就会使给内产生聚冷现象，使产出的荒煤气聚冷结焦，后果会使结焦扩大影响传热而使废热锅炉失效，不能产生蒸汽，导致清焦困难，给生产带来影响，频繁清焦也会提高劳动强度、荒煤气泄漏造成环境污染、造成工人操作环境更加恶劣、增加操作和职业病安全隐患，清焦还会造成设备伤害。

目前，国内有上升管余热利用专利126个，就结构形式而言有管内式、套管式和夹套式；就传热方式而言均以热传导、热对流和热辐射相结合的方式进行。其中代表性结构形式有夹套式盘管式，传热方式为上升管的热传导，专利有：申请号201210457921.1(用于焦炉上升管荒煤气余热回收换热器)，该案由内、外套管组成，内、外套管之间设有多股螺旋回流通道，内、外套管两端各设一个汇流集箱。该申请案与其他形式的焦炉上升管荒煤气余热回收换热器相比较，适合焦化工艺荒煤气工况变化，在一定程度上加强了换热效果，解决了管壁结焦的问题，但其不足之处在于：该申请案主要适用于气体作为冷介质的焦炉上升管换热器，对于使用除盐水作为冷介质时，效果并不理想，且该申请案的热量易外散，对环境带来恶劣影响；专利申请号201210370657.8，(焦炉荒煤气余热利用方法和设备)，该案由中间筒的内外两侧分别设有内筒和外筒，内筒和中间筒之间构成内夹套，外筒和中间筒之间构成外夹套，内夹套和外夹套共用一个中间筒体，内夹套的轴向高度大于外夹套的轴向高度，内夹套完全遮挡外夹套；内夹套充满导热介质气相或、液相材，外夹套充满工艺介质液体或气体，高温荒煤气直接与内夹套换热，热量通过内夹套的导热介质再换给外夹套里的工艺介质，该申请案也在一定程度上解决了上升管易结焦和堵塞的问题，但该申请案经过两次换热，热量损失大，该申请案的热量也易外散，影响外部环境。

现在，只有夹套式结构实施了工程化应用，可靠性工程考验还不足一年，焦炉荒煤气余热回收发电系统及方法(公开号104061031A)一种焦炉荒煤气余热回收利用系统(公告号203530217U)，典型特点是夹套式结构。

诸多的专利不能实现工程化应用的结构方面原因是：①不能很好的解决上升管运行过程中的温度交变问题，工程结构在交变载荷下存在疲劳破坏问题：上升管运行过程中上升管内温度在1200～350℃之间交变，对于角焊缝结构的夹套式余热回收装置，有一个疲劳周期，一旦疲劳产生，焊缝会突然断裂，夹套内水瞬间流出到焦炉上会产生炉体爆炸，造成巨大的经济损失，存在重大安全隐患；②腐蚀问题：上升管内荒煤气存在复杂的腐蚀介质，腐蚀介质和高温的耦合会造成金属材料严重腐蚀和烧蚀；③上升管管外取热系统对上升管运行过程的附加载荷，上升管温度载荷交变，材料的热胀冷缩过程交变，在此过程中出现附加拉压应力和弯矩的偶合附加载荷，这种附加在和会造成上升管的破坏失效。

为此已经申报专利：一种上升管荒煤气废热利用锅炉系统(公开号CN104728821A)和一种无应力自紧密封上升管及其制造方法(申请号：201510223465.8)这两个专利分别解决了上升管废热利用方法问题和上升管设备问题，在实际运行中用户还很担心万一上升管泄漏，会引起漏水炸炉，造成巨大经济损失，本控制方法就是解决了万一漏水后的及时断水及事后处理问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种上升管余热回收过程中的安全监控系统。本发明还提供一种上升管余热回收过程中的安全监控系统的监控方法。

为了达到上述技术目的，本发明的技术方案是：

一种上升管余热回收过程中的安全监控系统，包括若干上升管，所述上升管设置有夹套筒体，所述夹套筒体内设置有取热管组，所述取热管组的下部连通有进水管，所述取热管组的上部连通有出水管，所述进水管上设置有控制阀，所述出水管上设置有单向阀；所述安全监控系统还包括若干与上升管对应连接的上升管控制单元，所述上升管控制单元包括信号差异传感器，所述信号差异传感器设置在夹套筒体内，所述信号差异传感器检测夹套筒体内的工作参数，所述信号差异传感器检测的工作参数传送给上位机，所述上位机与服务商服务器连接，上位机根据检测信号通过执行机构控制控制阀，同时执行机构向上位机发送包含有上升管工作参数的信息。

所述取热管组通过放空口与外部放空连通。

为了便于更换检修，所述进水管连接有入口手动阀，所述出水管连接有出口手动阀。一旦漏水，传感器控制进水口切断阀断水，并同时传输信息并报警，接警后人为关断入口手动阀和出口手动阀，即可实现安全控制。

所述信号差异传感器为压力传感器、温度传感器、湿度传感器或流量传感器中的一种或一种以上的组合。

所述信号差异传感器为压力传感器时，该压力传感器设置于所述夹套筒体内，当取热管组漏水时，由于环境温度很高，漏出的水会迅速汽化，造成夹套筒体内压力突然升高，从而所述工作参数为夹套筒体内的气压，所述执行机构实时读取压力传感器测得的气压值并在气压值突然升高时向所述控制阀发出切断指令。

所述信号差异传感器为温度传感器时，该温度传感器设置于所述夹套筒体内，当取热管组漏水时，由于环境温度很高，漏出的水会迅速汽化，造成夹套筒体内温度突然降低，从而所述工作参数为夹套筒体内的温度，所述执行机构实时读取温度传感器测得的温度值并在温度值突然降低时向所述控制阀发出切断指令。

所述信号差异传感器为湿度传感器时，该湿度传感器设置于所述夹套筒体内，当取热管组漏水时，由于环境温度很高，漏出的水会迅速汽化，造成夹套筒体内湿度突然升高，从而所述工作参数为夹套筒体内的湿度，所述执行机构实时读取温度传感器测得的温度值并在温度值突然升高时向所述控制阀发出切断指令。

所述信号差异传感器为流量传感器时，该流量传感器连接于所述取热管组中，当取热管组漏水时，由于环境温度很高，漏出的水会迅速汽化，造成夹套筒体内流量突然升高，而所述工作参数为取热管组中的流量值降低；所述信号差异传感器为流量传感器，该流量传感器连接于所述取夹套筒体内时，当取热管组漏水时，由于环境温度很高，漏出的水会迅速汽化，造成夹套筒体内流量突然升高，所述执行机构实时读取流量传感器测得的流量值并在流量值突然升高时向所述控制阀发出切断指令。

作为优选，所述上位机通过网络关联于物联网与所述服务商服务器通信连接。

一种上升管余热回收过程中的安全监控系统的监控方法，包括以下步骤：

(1)利用信号差异传感器检测上升管夹套筒体内部的工作参数；

(2)在所述工作参数发生突变时，所述上位机机向所述控制阀发出切断指令使得与相应取热管组连接的进水管停止向取热管组内送水；

(3)上位机将包含有上升管识别码、所述工作参数信息发送给所述服务商服务器，使得服务商服务器向服务商发出警报；

(4)服务商根据服务商服务器接收到的信息对上升管信息所对应的上升管进行更换；

(5)上位机执行机构向对应控制阀发出指令使其开启从而启用更换后的上升管。

本发明通过在可以适应任何上升管废热回收利用系统的控制系统设计，尤其适用于高品质回收废热及产生高压蒸汽；本发明的安装于上升管夹套筒体内的信号差异传感器会控制上升管废热锅炉的进水口阀门，当上升管漏水时，上升管夹套套筒内温度、压力、湿度、流量等参数都会突然变化，传感器会发出信息关闭进水口阀门，这时漏在夹套筒体内的水由于常压高温，会迅速汽化，成为蒸汽通过放空口排除夹套，而上升管出口则有单向阀，单向阀只能出水不能回水，这样夹套筒体内的水，汽化后不会增加而干涸，消除了上升管废热利用过程中漏水造成的炸炉；基于物联网的控制系统会将现场信息出递给服务商服务器，服务商及时安排更换服务，避免废热浪费；本发明安全性有保障、结构紧凑、操作方便、运行成本低。

附图说明

图1为本发明的实施例的结构原理图。

图2为上升管控制单元结构示意图。

图3为服务商服务器工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1、2所示，上升管余热回收过程中的安全监控系统包括若干个与上升管对应连接的上升管控制单元(图1中仅画出一个上升管控制单元作示意)，各上升管控制单元分别连接上位机11以及服务商服务器。所述上升管具有夹套筒体，该夹套筒体内容有取热管组(图中未画出)并且通过放空口10与外部连通，所述取热管组的下部连通进水管2、上部连通出水的出水管4。所述上升管控制单元包括设置于所述夹套筒体内的信号差异传感器3，进水管上连接有控制阀9，所述出水管的单向阀6。传感器信号通过上位机、控制信息线7与进水管的控制阀9相连，并且上位机的通过网关与服务商服务器通信连接。信号差异传感器3检测夹套筒体内的工作参数，在所述工作参数发生突变时所述执行机构向控制阀发出切断指令，并且该执行机构向上位机发送包含有上升管识别码和工作参数的信息；上位机11与控制阀以及服务商服务器连接，上位机将包含有上升管识别码、工作参数以及用户识别码的信息发送给所述服务商服务器，服务商服务器向服务商发出警报使得服务商及时对相应上升管进行更换维护，于此同时，上位机可以对服务商相关配件的备货、物流、实际更换操作进度进行实时跟踪。

具体地，所述信号差异传感器为压力传感器，该压力传感器设置于所述夹套筒体内，从而所述工作参数为夹套筒体内的气压，当取热管组漏水时，由于环境温度很高，漏出的水会迅速汽化，造成夹套筒体内压力突然升高，所述执行机构实时读取压力传感器测得的气压值并在气压值突然升高时向所述控制阀发出切断指令。

当然，所述信号差异传感器也可以为温度传感器，该温度传感器设置于所述夹套筒体内，当取热管组漏水时，由于环境温度很高，漏出的水会迅速汽化，造成夹套筒体内温度突然降低，从而所述工作参数为夹套筒体内的温度，所述执行机构实时读取温度传感器测得的温度值并在温度值突然降低时向所述控制阀发出切断指令。

另外，所述信号差异传感器还可以是湿度传感器，该湿度传感器设置于所述夹套筒体内，当取热管组漏水时，由于环境温度很高，漏出的水会迅速汽化，造成夹套筒体内湿度突然升高，从而所述工作参数为夹套筒体内的湿度，所述执行机构实时读取温度传感器测得的温度值并在温度值突然升高时向所述控制阀发出切断指令。

进一步地，所述信号差异传感器可以选用流量传感器，该流量传感器连接于所述取热管组中，从而所述工作参数为取热管组中的流量值，当取热管组漏水时，由于环境温度很高，漏出的水会迅速汽化，造成夹套筒体内流量突然升高，而所述工作参数为取热管组中的流量值降低；所述信号差异传感器为流量传感器，该流量传感器连接于所述取夹套筒体内时，当取热管组漏水时，由于环境温度很高，漏出的水会迅速汽化，造成夹套筒体内流量突然升高，所述执行机构实时读取流量传感器测得的流量值并在流量值突然降低时向所述控制阀发出切断指令。

显而易见的是，信号差异传感器可以同时使用上述各传感器的任意组合，并经由执行机构对上升管的工作状态进行综合判断。

为了便于更换，所述进水管、出水管分别连接有便于更换检修的入口手动阀8、出口手动阀5，一旦漏水，传感器控制进水口切断阀断水，并同时传输信息并报警，接警后人为关断入口手动阀和出口手动阀，即可实现安全控制。

上述上升管余热回收过程中的安全监控系统监控方法，具体包括如下步骤：

1)、利用所述信号差异传感器检测上升管夹套筒体内部的工作参数；

2)、在所述工作参数发生突变时，所述上位机向所述控制阀发出切断指令使得与相应取热管组连接的进水管停止向取热管组内送水；

3)、上位机将包含有上升管识别码、所述工作参数以及用户识别码的信息发送给所述服务商服务器；

4)、所述服务商根据服务商服务器接收到的信息对上升管识别码所对应的上升管进行更换；

5)、上位机向对应控制阀发出指令使其开启从而启用更换后的上升管。

具体地，所述信号差异传感器为压力传感器或温度传感器或流量传感器或湿度传感器，相应地，所述工作参数为上升管夹套筒体内的压力或温度或流量或湿度。

如图3所示，服务商服务器在收到信息后报警，接报后服务商会快速处理更换上升管；另外还能对服务商所有客户资源进行信息管理，以便于后续故障诊断。

上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种上升管余热回收过程中的安全监控系统，其特征在于包括若干上升管，所述上升管设置有夹套筒体，所述夹套筒体内设置有取热管组，所述取热管组的下部连通有进水管，所述取热管组的上部连通有出水管，所述进水管上设置有控制阀，所述出水管上设置有单向阀；所述安全监控系统还包括若干与上升管对应连接的上升管控制单元，所述上升管控制单元包括信号差异传感器，所述信号差异传感器设置在夹套筒体内，所述信号差异传感器检测夹套筒体内的工作参数，所述信号差异传感器检测的工作参数传送给上位机，所述上位机与服务商服务器连接，上位机根据检测信号通过执行机构控制控制阀，同时执行机构向上位机发送包含有上升管工作参数的信息。

2.根据权利要求1所述的一种上升管余热回收过程中的安全监控系统，其特征在于：所述取热管组通过放空口与外部放空连通。

3.根据权利要求1所述的一种上升管余热回收过程中的安全监控系统，其特征在于：所述进水管连接有入口手动阀，所述出水管连接有出口手动阀。

4.根据权利要求1所述的一种上升管余热回收过程中的安全监控系统，其特征在于：所述信号差异传感器为压力传感器、温度传感器、湿度传感器或流量传感器中的一种或一种以上的组合。

5.根据权利要求1所述的一种上升管余热回收过程中的安全监控系统，其特征在于：所述上位机通过网络关联于物联网与所述服务商服务器通信连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种上升管余热回收过程中的安全监控系统的监控方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)利用信号差异传感器检测上升管夹套筒体内部的工作参数；

(2)在所述工作参数发生突变时，所述上位机机向所述控制阀发出切断指令使得与相应取热管组连接的进水管停止向取热管组内送水；

(3)上位机将包含有上升管识别码、所述工作参数信息发送给所述服务商服务器，使得服务商服务器向服务商发出警报；

(4)服务商根据服务商服务器接收到的信息对上升管信息所对应的上升管进行更换；

(5)上位机执行机构向对应控制阀发出指令使其开启从而启用更换后的上升管。