壳牌煤气化氧煤比可靠检测探究

煤气化装置气化炉氧煤比精确检测改进与优化

摘要：氧煤比是气化炉的核心工艺控制指标。它的控制精度直接关系到煤气化装置的长周期运行和设备的安全，必须要有可靠和精确的检测技术来作基础。本文就如何通过技术上的完善和创新来综合提高氧煤比检测值的可靠性和精确度进行探讨。

关键词：氧煤比速度计密度计平滑过渡接地仪表参数优化

一．引言

壳牌煤气化装置采用的是干法粉煤气化工艺。它是用氮气输送粉煤，液体排渣，加压气流床气化。粉煤和氧气通过烧嘴喷入炉内，在炉内反应急剧升温，产生一系列的物理和化学反应，最后产生以CO和H2为主成分的气体，离开气化炉，逐级冷却处灰后，进入下游工艺设备。在壳牌气化炉内发生的化学反应如下： C+O2→CO C+O2→CO2 C+CO2→2CO C+H2O→CO+H2 CO+H2O→CO2+ H2 气化炉内主要的反应是煤和氧的化学反应。气化的负荷控制是先确定氧量，再根据氧量来确定煤量，投煤量确定了，气化炉的负荷就确定了。这时的氧煤比就是一个非常关键的工艺控制参数。氧煤比偏低，气化炉炉温下降，一氧

化碳含量上升。氧煤比高，气化炉温上升，一氧化碳含量下降。氧煤比合适（我厂的经验值是0.9左右），则碳的转化率最高，最具经济效益，同时炉温又在合理的范围之内。

氧煤比的概念就是进入气化炉的氧的质量流量和进入气化炉的煤的质量流量的比值。氧煤比的控制准确性取决于氧的质量流量和煤的质量流量的准确检测。检测氧和煤的流量的相关仪表大部分是进口的特殊仪表，价格贵，校验和维护方法与常规仪表不同。特别是检测煤密度和速度的密度计和速度计，在国内使用不多，没有多少维护和校验的经验。在气化开车的头几年，就是因为经验和技术上的不完善，粉煤的密度和速度检测值经常失真，导致氧煤比波动，严重的影响着工艺正常操作。针对出现的故障及缺陷，我们从安装、消除干扰、调整相关参数、标定等方面入手,逐步进行完善和技术革新,渐渐摸透了这些特殊仪表,使氧煤比的检测与控制基本上满足了工艺生产的要求。

二．气化炉氧煤比检测控制原理

1. 氧气流量的检测原理

气化氧流量检测仪表采用的是双头涡街流量计。它的工作原理是根据流体的自然振荡原

理，流体流过垂直于流体流向的几何尺寸合适的物体时，在物体后会产生两列转向相反的涡列，涡列的频率与流通的流速成正比，求出涡列的频率就得到流通的流速，进而得到流体的流量，涡街流量计的精确度很高，正常情况下不会影响SHELL煤气化氧气流量的精确稳定测量。

2.粉煤流量的检测原理

气化检测的是粉煤的质量流量，粉煤在管道中成气固悬浮颗粒状。粉煤的质量流量是通过分别检测粉煤的密度和速度在DCS内根据SHELL提供的公式计算而得的。

速度计是德国伯托公司的DYNA速度计。其工作原理是：气体输送的粉煤颗粒之间互相摩擦碰撞产生静电，带静电电荷的粉煤颗粒通过速度计时，感应出一个电压波形，这个波形是唯一的特定的，速度计内筒上有两个固定距离的圆环电极，检测出同一电压波形经过两个圆环电极的时间差，就能得到粉煤的流速。如图2

图2 粉煤速度计

我厂采用的LB491密度计也是德国伯托公司生产。其工作原理是：放射性同位素铯137从密度计的铅罐中发出γ射线，横穿过粉煤管线后，被对面密度计的射线检测器接受，粉煤的密度越大，其吸收的射线剂量越多，射线检测器接收到的射线信号越弱。通过检测射线检测器接受的信号得到粉煤的密度。

粉煤的质量流量是将粉煤的密度值，用温度压力值校正后与速度值相乘，得数再用“K”值和“C”值修正而得到。其关系如下图3（以一号煤线为例）

AUXCALCA计算公式如下：

13DY0101=1400*(13DI0101-341.25*(13PI0101*10+1)/(13TI0101+273))

/(1400-341.25*(13PI0101*10+1)/(13TI0101+273))

CORRECTION计算公式即粉煤流量的计算公式：

13FY0101=13DY0101*K+C

3.氧煤比的计算

氧煤比就是氧的质量流量除以煤的质量流量，公式如下：

13FFI0X09=13FI0X03/13FI0X01

通过以上精确测量氧气与粉煤的质量流量通过在DCS内部按照以上计算公式即可得到精确

的氧煤比。

二. 提高氧煤比测量精确度的技术方案

1.测量氧气流量采用罗斯蒙特涡街流量计，涡街流量计表体要用接地线良好接地，这样可以避免雷电或其他大功率电磁设备对涡街流量计检测值的干扰。

针对生产中偶尔发生氧量波动的情况，经过多次检查，发现基本都是因为氧气调节阀 13FV0X03阀位波动引起的，导致阀位波动的主要原因是调节阀阀门定位器反馈杆销子有间隙，通过消除反馈机构机械间隙可以消除振荡，之后再对阀门定位器重新校验一遍即可。氧阀用的是智能定位器，一般的振荡可以通过重设阀门定位器的PID参数和阻尼时间来解决。

2.粉煤流量的检测，由于粉煤其流动的不规律性，从现有的技术来看，准确检测粉煤质量流量是存在很大难度的。我厂是采用伯托的密度计和速度计检测出粉煤的密度值和速度值，再进行计算得出粉煤质量流量，这种粉煤流量检测系统是国内煤气化装置采用的各种粉煤流量检测系统中精度最高的。

通过这几年煤气化开车的经验总结，要确保粉煤的流速检测准确，需要从多方面入手，有的地方还要持续进行技改。

2.1 速度计不能安装在弯管处，其上下游必须有足够的直管段长度。顺着粉煤的流向，第一块速度计是用于检测控制的，安装时应和煤流量阀13FV0X01尽量靠近，其上游直管段要有40倍输煤管线直径的长度即40D,下游直管段要有20D;第二块速度计是用于联锁保护的，安装应尽量靠近三通阀，上游直管段20D,下游直管段10D.较长的直管段可以获的较高的精确度，现场的一号煤线的13ST0101移到了三楼就是这个原因。

2.2 煤气化初期开车时，由于加工上的忽视，与速度计连接的工艺管道法兰内径小于速度计的内径，工艺管道法兰与管道存在接口突变，造成煤流在连接处形成不稳定的湍流，严重影响着粉煤速度的准确检测。同时，如果管道的内焊缝有突出没有磨平滑，或者连接的管道内有焊瘤，也会造成湍流。后来，我们针对这方面做了相关的改造。将工艺连接法兰重新加工扩大，使其与速度计内孔直径一样，实现内径平滑过渡，对焊缝焊瘤认真检查并磨平滑。连接的法兰垫由金属缠绕垫改为八角钢垫，很好的解决了速度计内径平滑过渡的问题。

2.3 DYNA速度计是静电感应式原理的，如果接地不良好，外界一些小的干扰就可以导致速度计检测不到粉煤微弱的电压信号。为了做好接地，我们将所有速度计接地线用4MM²的铜芯线连接到接地线箱铜排，实现了良好接地。经过长期的摸索，对速度计的部分调试参数进行修改优化，可以解决一些正常工况下速度波动或者易触发跳烧嘴的问题，提高了速度计的稳定性。

1将Simulation值由3改为3.5，使报警时，输出3.5m/s对应的电流值，同时不会导致跳车。

2将Damping下的Rapid reaction快速反应限值由16%改为50%，使快速响应功能更不易被触发。

3将Adaption Adjustment 下的Umin最低电压由0.2V改为1V,提高其稳定性。

4将Correlation Parameter下Periods周期时间由100微秒改为200微秒，减少了由于采样频繁而引起的干扰波动因素。

以下是修改前后的参数对照表

音调电路

数字光纤直放站调试参数优化对照表
参数名称	参数选项		修改前的值	修改后的值	单位
Simulation 模拟	on / off		on	on

	Value 　数值		3	3.5	m/s

	Alarm relay (on/off)报警继电器		on	on

Damping 阻尼	Damping 阻尼	Damping　阻尼	10	10	s
					烫发杠子
	Rapid reaction 　快速反应	Reaction (on/off)	on	on
			智能筷子
		Value 数值	16	50	%

		Damping 阻尼	34	34	%

Adaptation 自适应	Gain 增益	Gain 增益	132	132

	Adaption 自适应	Automatic(on/off)	on	on

		Peak,Mean value	peak	peak

	Adjustment 电石生产工艺调节	Umax　最高电压	4	4	V

		Umin　最低电压	0.2	1	V
				丙烯运输

Correlation 相关性	Parameter 参数	Periods 周期	100	200	μsec

速度计在检修复位后，有时会出现不到地址的现象，即二次表的address

Absent 红灯亮，拨reset键后，也不能消除。

这时应从以下三个方面进行检查：

1检查现场速度计电路板的供电是否为24VDC.

2检查现场速度计地址码是否与二次表对应板卡前面的地址码完全一致。13ST0X01地址为02，13ST0X02地址为01.如果不一致，则拨成一致，然后二次表停电送电，reset复位。（注意二次表内的参数停电后容易丢失，需重新检查和设置）

3检查两个对应的速度计之间及速度计与中控二次表之间的电缆线路及接线是否有异常。

工艺操作方面，过小粒径的粉煤会导致速度计感应不到准确的速度值，会使速度计不能正

常工作。因此，应保持较大粒径粉煤的比率，一般要求5µm--90µ的比率在70%--85%之间，同时要求粉煤工艺管道的温度在70度以上。如果粉煤含水量大，会使管道内形成导电层，速度计传感器也会导致偏差，因此应控制水分含量在0.5%以内。

因为是工艺原因造成的失真，仪表方面要提醒工艺人员一起配合查原因并解决。

2.4确保粉煤密度检测值准确可靠的方案

密度计需安装在垂直管道上，因为垂直管道不会存煤，使测量和校零不会因为积煤而产生误差。

密度计应安装在振动小的地方。因为密度计检测器内的晶体和光电倍增管均是玻璃材质，容易破碎。由于速度计和密度计挨的很近，我们平时拆检速度计打螺栓时，就要注意这个问题，以免振坏了密度计的检测器。

密度计的标定和验证

每年的停车大检修都因对密度计进行验证，必要时进行零点标定，以确保其检测的准确

性可靠性。密度计标定的方法分为单点标定和两点（多点）标定。当标定的密度与实际工艺介质密度相近时，即可进行单点标定。两点（多点）标定可以确定标定关系的斜率，从而提高测量的准确度。密度计在初始安装后，就用的两点（多点）标定。

对密度计的验证是通过插金属板检验来实现的，这是我们2011年以来对密度计检验法的一个创新。它可以通过插入薄金属板（对应200kg/m³）和厚金属板（对应400 kg/m³），来模拟粉煤在在线时的密度，从而验证密度计在线检测值是否准确。

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