煤氣化裝置儀表選型研究

王文龍

(同煤廣發化學工業有限公司，山西 大同 037000)

引 言

煤氣化工藝是生產水煤氣品的關鍵所在，煤氣化工藝對于合成氣產品的質量和生產效率都有重要的影響，因此，作為煤氣化工藝載體的煤氣化裝置儀表的選型就顯得至關重要了。正確地選用煤氣化裝置儀表的型號對于整個合成氣產業的長期穩定發展有非常重要的意義。

1 煤氣化技術簡介

煤氣化技術的應用原理是把經過預先處理好的原煤放入汽化爐等煤炭盛放的容器中，把溫度和壓力調至合適的刻度，在空氣、氧氣等氧化劑的綜合作用下，借助諸如移動床、攜帶床、硫化床等專業裝置的流動，在通過一系列的化學反應使其產生一氧化氮氣體，得到水煤氣原料，最后再以脫硫和脫碳等精處理手段進行提純，最終得到純度更高的一氧化碳精制氣體產品。

煤氣化工藝技術主要分為3種，即固定床氣化技術、流化床氣化技術和氣流床氣化技術，而每一種煤氣化技術都有其優點和不足之處。其中，氣流床氣化技術主要是在高溫高壓下完成煤炭的氣化過程，主要以純氧作為氣化劑，在氣化的過程中不會產生焦油、萘、酚水等物質，因而煤炭的氣化轉化率比較高，最重要的是該技術對于環境的污染和破壞力比較小，故因其環保的特點而成為目前主流的煤氣化工藝技術生產方案。所以本文主要以氣流床氣化技術為例對煤氣化裝置儀表的選型進行研究。

氧氣經過高壓處理后再通過空分工段輸送與經過制備煤漿工段得到的水煤漿結合在一起，再經過流通調節閥和流通切斷閥的控制篩選使二者達到最佳比例的混合，通過燒嘴把二者送進事先把氣壓調控在6.5 MPa，溫度調控在1 300 ℃的氣化爐內使其產生化學反應，經過一段時間的化學反應之后得到一氧化碳、氫氣、二氧化碳、甲烷、硫化氫、氨氣、甲酸等多種氣體的混合氣體。該階段得到的氣體屬于粗制混合氣體，還需要經過分離器和洗滌塔的洗滌凈化之后才能進入下一步的脫硫脫碳提純工藝階段。而氣化爐內留下的固液混合煤渣則需要經過破渣機的反復碾壓和鎖斗裝置的反復加壓、泄壓后才能被徹底從氣化爐內排出，而煤渣池內經過沉淀之后的上層清水，可以投入后續的渣水處理環節進行重復利用。

2 煤氣化裝置儀表選型的研究

2.1 氧氣閥門

氧氣閥門是針對氧氣輸送管網而專門設計的一種煤氣化裝置儀表，有3種閥門可供選擇，即調節閥、切斷閥和放空閥，在生產過程中可以根據生產需要進行選擇。

但是該煤氣化裝置有一個缺點，就是在輸送經過壓縮處理的氧氣的過程中，一旦碰到鐵屑、油脂等顆粒物，就容易在氣流運動時與閥門裝置或者管壁發生摩擦和碰撞，在摩擦和碰撞的過程中會持續產生熱量并且不易消散，而當熱量持續聚集致使溫度升高到一定程度的時候，就會使閥門或者管道裝置發生破裂、燃燒甚至爆炸等危險情況。但是由于燃燒的發生需要有氧化劑、可燃物和點火能量這3個必備的要素，而煤氣化裝置儀表的運行需要氧氣作為催化劑，所以只能通過控制可燃物和點火能量來預防燃燒和爆炸的發生。在選擇煤氣化裝置的材料的時候要選用耐高溫高壓等特制材料來有效避免意外情況的發生[1]。

根據該行業的有關規定，由于氧氣是燃燒的必備要素，所以要經過全面、充分地考慮單位體積內的氧氣含量、壓力大小、介質材料的沖擊流速以及反應環境的溫度等各種要素之后才能對氧氣的介質材料進行選用。根據不同的應用場合和生產工況，氧氣的介質材料的流速可以分為沖擊型和非沖擊型兩種。當氧氣的介質材料的流速為非沖擊型且該介質的溫度低于某種材料的特定溫度、介質的實際流速介于非沖擊所允許的流速范圍之內時，那就證明這種氧氣的介質材料是符合標準的，可以選用；當氧氣的介質材料的流速為沖擊型且介質的實際流速介于沖擊所允許的流速范圍之內時，那么這種氧氣的介質材料也是符合標準可以選用的[2]。

但是由于煤氣化裝置的儀表閥門的主要屬性是節流件，所以需要把該裝置的所有閥門裝置的流速定義為沖擊流速。例如，當把鋼碳的溫度設計為150 ℃時，所允許的沖擊流速的外包范圍限值為30 m/s，此時如果施加的壓力值介于0.3 MPa～1.5 MPa之間并且實際流速小于30 m/s，那么這種碳鋼就能夠成為對應的氧氣介質材料。

2.2 鎖渣閥

鎖渣閥門裝置主要是由鎖斗的入口閥門和出口閥門及排渣閥門構成的，其中鎖頭主要起控制作用，包括減壓和泄壓、渣體排出、加壓以及渣體收集等部分，而鎖渣閥就是鎖頭實現其控制功能的關鍵所在。因此，鎖渣閥的質量對于鎖頭乃至整個煤氣化裝置儀表的正常運行都有著至關重要的作用。黑水是鎖渣閥的主要介質，有時候會摻雜一些灰水，鎖渣閥的最大口徑可以達到400 mm，此時的壓力等級非常高，所以為了穩定氣化爐內的化學反應，就需要加強對鎖渣閥的雙向封閉處理，確保整個裝置的安全運行。而固定式的全通徑球閥就能很好地滿足這一要求，不僅可以實現鎖渣閥的雙向封閉，還能使介質流體更好地流通，并且全通徑球閥儲氣罐和雙作用型的氣缸可極大地保障整個裝置的安全運行。雙向不銹鋼鍛造閥體是鎖渣閥閥體的良好選擇，搭配F316加硬化處理的閥座和閥芯以及抗硫材質的閥門可以使鎖渣閥的性能更加可靠、穩定。為了實現鎖頭的順控，對于閥門實際動作的執行時間必須進行精確的控制，該動作執行時間一般不高于8 s。

2.3 合成氣放空閥

合成氣放空閥是處于洗滌塔頂部管線出口和火炬中間的一種閥門裝置，該閥門主要有三種運行狀態：當系統處于開車工況時調為分程式；當管道的流量比較小時使用小閥調節；而當下游出現擁堵、氣化爐憋壓等故障時則調為雙閥調節。

氣化爐反應產生的粗制煤氣被分離器和洗滌塔凈化之后產生的混合氣體就是合成氣放空閥的介質。在操作時，合成氣放空閥內的溫度為240 ℃，壓力為6.4 MPa且壓力最高可達6 MPa。但是合成氣放空閥在運行過程中極易出現氣流受阻的情況，此時可以選用散熱型Globe閥門，同時對閥座和閥芯進行硬化加固，并使用石墨進行填充，可以使合成氣放空閥的性能更加穩定可靠。如果實際操作中壓差較大，則可以選用平衡套筒的門芯，這種閥門的門芯不僅可以縮小閥門的執行結構，還可以降低投資成本，即使選用的閥門沒有降噪功能或者性能不強，也只需在閥門后端安裝一個降噪裝置即可[3]。

2.4 煤漿流量測量儀表

煤漿在流動的過程中會伴隨著腐蝕和沉淀，因此不能使用渦街、孔板等節流原件對其流量進行測量，而是使用電磁式流量計來測量其瞬時流量。因為煤漿流動使壓力較大，所以必須選擇抗壓抗腐蝕的ETFE材料，搭配陶瓷工藝的哈氏合金是最佳選擇。最后，電磁式流量計在安裝時一般有水平式和垂直式兩種選擇，在操作中不管選擇哪一種安裝方式，都必須要保證管道被介質填充滿。

3 結語

自控儀表的性能和質量對于整個煤氣化裝置系統的安全、穩定、長期運行來說有著至關重要的作用，所以在進行煤氣化裝置儀表選型的時候一定要根據實際需要并結合行業規定來選擇，只有選擇合適的煤氣化裝置儀表，才能更好地保證合成氣產品的質量和用戶使用的安全性，促進行業的長久發展。

參考文獻：

[1] 曲鴻文.在線分析儀表在煤氣化裝置中的應用及其預處理系統的改造[J].化工自動化及儀表,2013,40(6):714-719.

[2] 黃俊華,胡同印.淺析煤氣化裝置儀表選型[J].儀器儀表用戶,2015(2):35-38.

[3] 解玲玲.在線分析儀表在煤氣化裝置預處理系統中的改造[J].中國化工貿易,2015,7(25):140.