對自控儀表系統在含硫天然氣凈化裝置應用的探討

摘 ?要：在含硫天然氣凈化的過程中，自控儀表系統發揮著重要的作用。基于此，本文依照測量類別的不同，對含硫天然氣凈化裝置中壓力測量、液位檢測、溫度測量、流量測量、在線分析這些現場儀表的具體應用進行了分析，并闡述了含硫天然氣凈化裝置的重點環節控制方案。

關鍵詞：自控儀表系統;含硫天然氣凈化裝置;硫磺回收

中圖分類號：TE967 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）14-0134-03

Discussion on Application of Auto-control Instrument System in

Sulfur-containing Natural Gas Purification Unit

ZHANG Wei

（North I-1 Cryogenic Station of the Three Oil and Gas Processing Brigades of Natural Gas Branch of

Daqing Oilfield Co.，Ltd.，Daqing ?163453，China）

Abstract：In the process of purifying sulfur-containing natural gas，the automatic control instrument system plays an important role. Based on this，according to the different types of measurement，the specific applications of pressure measurement，liquid level detection，temperature measurement，flow measurement and on-line analysis of these field instruments in the sulfur-containing natural gas purification device are analyzed，and the control scheme of key links in the sulfur-containing natural gas purification device is expounded.

Keywords：automatic control instrument system;sulfur-containing natural gas purification unit;sulfur recovery

0 ?引 ?言

對于天然氣凈化裝置來說，其主要對天然氣中的化學藥劑、游離水、固體雜質、酸性組分等進行去除，確保天然氣達到管輸要求。在天然氣凈化裝置中，自控儀表系統發揮著重要的作用，其主要實現了對壓力、液位、溫度等參數的控制。在含硫天然氣凈化的過程中，由于其具有易燃易爆、腐蝕性強、高溫高壓等特性，所以對現場儀表有著不同的應用要求。在這樣的情況下，相關人員要重點對含硫天然氣凈化裝置中自控儀表系統的應用進行關注。

1 ?含硫天然氣凈化裝置中現場儀表的具體應用分析

1.1 ?基于壓力測量的儀表

就當前的技術發展情況來看，壓力測量技術相對成熟，相關人員可以結合測量需求、測量環境等的不同進行不同壓力測量儀表的選擇與應用。其中，若是需要完成就地測量，則可以使用彈簧管式壓力表;若是需要完成遠程的壓力數據傳遞，則可以使用智能壓力、差壓變送器等等。當被測介質的腐蝕性相對較強時，可以使用隔膜壓力儀表完成實際的測量，而對于隔膜材質，可以結合被測介質的不同進行針對性的選擇與應用。例如，當被測介質為鹽酸時，隔膜材質可以選用哈氏合金C-276;當被測介質為含硫化氫時，隔膜材質可以選用316L不銹鋼。

1.2 ?基于液位檢測的儀表

在含硫天然氣凈化裝置的現場儀表中，基于液位檢測的儀表普遍為差壓式液位計。差壓式液位計的測量原理更加簡單，技術也相對成熟，因此在含硫天然氣凈化裝置中得到了更加廣泛的應用。除此之外，差壓式液位計的應用優勢還有很多，包括對儀表維修養護人員的專業性要求不高、備件管理更加簡單等等。就當前的情況來看，差壓式液位計被普遍應用于脫水、脫硫、硫磺的回收、公用單元的液位測量等環節。誠然，差壓式液位計有著較高的應用優勢與使用范圍，但是也存在一定的不足。例如，差壓式液位計需要灌裝隔離液，當脫硫單元中的溶液有嚴重的發泡現象時，液位測量的準確性將有所下降。

相比較而言，智能扭力管浮筒液位計有著更加穩定的性能，安裝方式也更加多樣。在一些重要的液位測量過程中，例如閃蒸塔液位測量、脫硫塔液位測量等，可以同時使用智能扭力管浮筒液位計與差壓式液位計，實現液位的對比檢測，進一步提升液位測量的準確性。這種液位測量儀表的性能較好，但是價格相對較高。

1.3 ?基于溫度測量的儀表

在含硫天然氣凈化裝置的現場儀表中，雙金屬溫度計是最常應用的一種溫度測量儀表。對于雙金屬溫度計來說，其主要應用了保護套管結構。為了進一步提升對性能的保護，在進行管材質的選擇時，可以結合實際的工況完成，在一些必要的條件下，可以對保護管的外部展開處理，實現其抗腐蝕能力的提升。在硫磺的回收裝置中，其使用介質的溫度相對較高，腐蝕性也更強，因此，必須要對雙金屬溫度計的外表展開防腐蝕處理。

對于主燃燒爐來說，由于其溫度相對較高，所以對溫度測量儀表的材質、測量工藝等有著更多的要求。為了確保能夠對主燃燒爐中的溫度展開準確的測量，當前普遍應用非接觸式測溫儀表完成對溫度的測量，包括光學高溫計等等。誠然，我國目前應用的光學高溫計基本為進口，所以有著較高的價格，但光學高溫計基本不需要后期維護，因此后期養護成本更低。在對主燃燒爐外部的表面溫度進行測量時，普遍應用熱電偶完成溫度的檢測;在對反應器床層溫度進行測量時，可以應用多點不同插深熱電偶測量完成不同床層溫度的檢測（一般選擇3點）[1]。

1.4 ?基于流量測量的儀表

在含硫天然氣凈化裝置中，基于流量測量的儀表主要完成了進裝置原料氣以及出裝置產品氣的計量。現階段，這樣的測量過程主要應用了高級孔板閥計量完成。高級孔板閥計量能夠更好地滿足對于計量精確度的顯示需求，且支持不停機的維修檢查。在其他位置的流量測量，例如凈化裝置工藝參數的計量等，可以使用孔板法蘭、簡易孔板、渦街流量計、均速管流量計、轉子流量計、電磁流量計、楔形流量計等儀表完成。

對于天然氣凈化裝置的脫水單元來說，由于其中包含的氣體氣流量相對較小，所以可以使用內藏孔板流量計完成實際的測量，其主要原因在于這種類型的流量計的拆裝維護更加方便;對于天然氣凈化裝置的硫磺回收單元來說，可以應用進口均速管流量計完成對風機入口流量的測量;對硫磺回收單元來說，由于主燃燒爐的工作壓力相對較低、要求的壓損相對較小，所以可以使用文丘里管流量計完成主燃燒爐中的酸氣、空氣的流量測量。需要注意的是，所有的流量裝置設計中，均要對節流件的尺寸進行重點關注，確保其能夠適應壓差測量范圍。另外，由于進口渦街流量計的測量精度更高、測量范圍更寬，所以比較適合應用于對計量準確性有更高要求的環節中，例如超級克勞斯工藝一、二、三級再熱爐的空氣及燃料氣計量等。

1.5 ?基于在線分析的儀表

對于在線分析儀表來說，其主要完成了氣質情況的第一時間分析，為后續的天然氣凈化操作提供了技術性的指導。現階段，含硫天然氣凈化裝置中使用的在線分析儀表主要有以下幾種：

第一種是基于原料氣在線全分析的儀表，其主要完成了對原料氣組分的分析，為后續的凈化操作提供支持[2]。第二種是基于凈化天然氣硫化氫在線分析的儀表，其主要對凈化后天然氣中的硫化氫含量進行分析，完成凈化氣合格性的實時監測，為凈化操作的調整提供支持。第三種是基于產品天然氣水露點分析的儀表，其主要對完成脫水操作后產品氣的質量進行監控，為凈化操作的調整提供支持。第四種是基于煙道氣含氧量分析的儀表，其主要參與了硫磺回收尾氣灼燒爐的配風控制。第五種是基于尾氣二氧化硫含量分析的儀表，其主要實現了對外排尾氣達標情況的監測，一旦凈化裝置出現異常，通過該儀表參數能夠直接發現。第六，基于氫含量分析的儀表，其主要應用于斯科特尾氣處理裝置中，保證制氫爐反應效果的良好。

2 ?含硫天然氣凈化裝置的重點環節控制方案分析

2.1 ?配風控制

本文主要以超級克勞斯回收工藝為例，對含硫天然氣凈化裝置中主燃燒爐的配風方案進行說明，如圖1所示是超級克勞斯回收工藝的流程簡圖。

在該工藝流程簡圖中，feed gas表示原料氣體;air表示助燃空氣;waste heat boiler表示余熱鍋爐;combustion chamber表示主助燃燒爐;condenser表示冷凝器;reheater表示再熱爐;reactor表示反應器;incinerator表示灼燒爐;stack表示尾氣煙囪;QC H2S/SO2表示反饋控制器;FrC表示比率控制器。在其實際的運行中，主要根據酸氣的流量完成配比控制，可以將配風劃分為兩路，即主路配風與支路配風。其中，主路控制的空氣占總量的90%，支路實現對剩余10%空氣的控制。支路配風為選擇控制，即可以結合其中二氧化硫與硫化氫的比值、二氧化硫的含量完成控制。在主路配風與支路配風的共同作用下，可以實現配風的精準控制。

配風控制的組態方式主要使用了功能塊圖構建的方式，同時涉及到空氣流量以及酸氣流量的計量。為了進一步確保配風控制的精準性，除了要用流量補償公式完成補償計算之外，還要對酸氣中的組分控制進行考量。此時，能夠形成如圖2所示的配風控制簡圖。

在該控制簡圖中，acid gas表示酸氣;main air表示主路配風;trim air表示支路配風;process gas表示過程氣;XC表示選擇控制器;ABC表示高級燃燒控制器。

2.2 ?反應器切換控制

對于冷床吸附硫磺回收工藝來說，反應器的切換極為重要[3]。在反應器切換的操作下，反應器能夠不斷完成吸附與再生，確保了硫磺回收裝置的持續性運行。對于切換程序來說，其屬于典型的順控程序，可以將其劃分為不同的步驟，這些步驟均由不同的條件完成判斷。

利用程序控制閥，能夠使得多個冷床吸附反應器完成吸收、再生的循環，保證了硫磺回收裝置的實際效率。流程切換主要由四個三通閥、三個兩通閥完成。在反應器中，通過加設的床層溫度傳感器，能夠對反應步驟完成判斷。為了確保閥門切換的準確程度，通常會在每一個程序控制閥門上加設閥位檢測開關。在切換程序的過程中，通過應用DSC系統，能夠使得順控更加容易。在進行編程的過程中，要重點結合冷床吸附硫磺回收的工藝步驟完成。在程序的強邏輯性支持下，維護管理更加方便。

2.3 ?重要設備控制

在含硫天然氣凈化裝置中，風機、空壓機、溶液循環泵等為其中的重要設備。其中，風機（硫磺回收裝置的風機）主要應用了進口風機，以保證其長時間的平穩運行。通常情況下，風機的啟動、停止、復位操作與緊急停車等，均由現場控制盤完成。在實際的風機控制中，普遍使用了PLC控制，要結合實際的需求完成人機交互界面的配置。風機控制著負荷調節、連鎖保護、一鍵式啟動、防踹振控制等功能，同時，能夠在通信系統的支持下，將PLC采集到的數據信息遠程傳輸至控制室。

對于溶液循環泵來說，需要結合其實際功率的大小完成不同保護的配置。一般情況下，功率較大的電機、泵軸承溫度、電機繞組的溫度等由控制系統或是現場控制盤完成監控。在這樣的配置下，能夠在高溫度、高振動的條件下為設備提供有效的保護。

3 ?結 ?論

綜上所述，在含硫天然氣凈化的過程中，由于其工藝具有易燃易爆、腐蝕性強、高溫高壓等特性，所以對現場儀表有著不同的應用要求。通過應用基于壓力測量的儀表、基于液位檢測的儀表、基于溫度測量的儀表、基于流量測量的儀表、基于在線分析的儀表，結合重點環節控制方案的實施，發揮出了自控儀表系統的作用，保證了含硫天然氣凈化裝置的運行效果。

參考文獻：

[1] 孫明.自控儀表系統框架協議采購策略之探析 [J].自動化應用，2018（10）：116-118.

[2] 李雨桐.天然氣凈化廠硫回收自動控制系統的設計 [D].成都：西南石油大學，2016.

[3] 陳世劍，鄭民，高進，等.自控儀表系統在含硫天然氣凈化裝置應用綜述 [J].儀器儀表用戶，2014，21（3）：19-22.

作者簡介：張威（1987.11-），男，漢族，遼寧鳳城人，儀表技術員，助理工程師，2010年畢業于韓國光州大學經營管理專業，本科，研究方向：儀表自動化。