燒嘴冷卻水聯鎖保護系統優化方案

李野

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

水煤漿加壓氣化技術包括單噴嘴與多噴嘴氣化爐技術，燒嘴零件在水煤漿加壓氣化設備中占據著極為重要的地位，它的主要工作就是運輸氧氣與煤漿工作與霧化工作，以此使令物料得到最大程度的混合。如今已經投入工作的水煤漿加壓氣化設備，氣化爐的內部溫度大約為1200℃左右，而壓力則被分為三種等級，其分別為4、6.5 和8.7MPa。

燒嘴首部的工作溫度較高，因此，為了增加燒嘴零件的使用時間，在它的首部放置了冷卻水室，在其工作時，會源源不斷地加入冷卻水來冷卻燒嘴。冷卻燒嘴的冷卻水通常會使用40℃、壓力為2.5MPa 的脫鹽水。因為燒嘴零件的工作環境為高壓、高溫且容易發生爆炸，所以，零件極易遭受到高溫物料的沖擊與有毒氣體的損害等傷害，甚至還會發生火災等安全事故。所以，燒嘴冷卻水聯鎖保護系統的安全將會直接影響工作效率與人員安全狀況。

1 燒嘴冷卻水系統介紹

水煤漿加壓氣化設備的燒嘴冷卻水工作過程如圖1。

圖1 水煤漿加壓氣化設備的燒嘴冷卻水工作過程圖

多噴嘴氣化爐設備包括4 條相同設備的冷卻管線。燒嘴冷卻水泄漏一般會出現在燒嘴冷卻水管頭部位置，在燒嘴冷卻水管線處設置多個停車連鎖值，如燒嘴冷卻水入口流量低停車連鎖為10m3/h,燒嘴冷卻水出口溫度高聯鎖為70℃等，同時，燒嘴零件冷卻水出入位置的線路上裝備著測量儀，負責實時檢測冷卻水的溫度、流量、溫差等數據信息，在回水線路上還裝備著CO 檢測設備。燒嘴零件的冷卻水出現泄漏的狀況時，測量儀設備出現的數據體現為：燒嘴冷卻水入口水量因為阻力上升而下降；因為高溫氣體入侵，燒嘴冷卻水出入口的壓力、溫度都有所升高。出口溫度響應速度較低，出入位置的流量響應速度比較快；少量泄漏的時候，進口壓力、出口流量響應速度比較快，CO 監測設備也可以及時判斷出儀表少量的泄漏情況。所以，冷卻水是否發生泄漏的問題，可以根據上述儀器數據的改變進行評判，聯鎖保護體系也會依據聯鎖設置自動進行關閉冷卻水出入閥等命令。

2 燒嘴冷卻水聯鎖保護方案

水煤漿氣化技術是從20 世紀末期從國外引入中國的，迄今為止，此技術已經在我國有了20 多年的歷史。而在此技術用于工業化的過程中，許多客戶都在持續不斷地對燒嘴零件的冷卻水保護系統進行更進一步的完善，同時，也制定出了許多聯鎖保護方法。下面深入對比部分廠家如今推行的聯鎖方法，以此得出最佳的聯鎖保護方式。

2.1 四選二聯鎖

初期的水煤漿氣化設備內燒嘴冷卻水聯鎖保護使用的是冷卻水出口溫度高高、入口壓力高高、出口流量高高、入口流量低低的四選二聯鎖。4 項數值中有2 項與聯鎖值不符合，聯鎖保護是進行關閉系統出入口閥門與停車的行為（多噴嘴的氣化爐設備是只關閉觸發聯鎖的燒嘴零件的冷卻水出入閥門）。但是，這種聯鎖保護只適合那些燒嘴前部或燒嘴線路受損的狀況，如果冷卻水泵受損受其他方面的影響而造成斷水時，就不能及時進行保護。

2.2 單參數三選二聯鎖

冷卻水單參數三選二聯鎖，其參數——入口流量低低三選二、入口壓力高高三選二、出口流量高高三選二與入口壓力高高三選二聯鎖，如果其中一個數據聯鎖觸發，則系統會進行關閉燒嘴設備的冷卻水出入閥門并停車的行為。

上述聯鎖保護方法的長處為:如果水泵受損不打量或因為受到其他方面的影響而斷水時，入口流量低低三選二會引起聯鎖，而降低了四選二聯鎖缺點的影響。

上述聯鎖保護方法的問題為：所有數據都需使用實際儀表測點與SIS 點數，這也增加了成本投入，特別是針對多噴嘴的氣化爐設備，需要加入的儀器比較多，導致布置工作環境時極為不便利。

2.3 四選二與進出口流量差聯鎖

以冷卻水四選二聯鎖為基礎，再加入冷卻水進出口流量差高高聯鎖設備，如果發生四選二聯鎖或進出口流量差時，系統會立刻進行關閉燒嘴裝置的冷卻水出入位置的閥門與停車的行為。

上述聯鎖保護方法的優點為：不需要加入儀表測點與額外的成本投入，并且可以快速地觸發聯鎖。上述聯鎖保護方法的問題為：出入位置的流量計是單表，如果某臺流量計發生設備故障問題，很容易因為出入位置的流量差而引發聯鎖停車，從而導致氣化爐設備誤停車的風險增加。

2.4 單參數聯鎖

燒嘴冷卻水系統單參數聯鎖一共包含的4 個單參數，分別是進口時的流量低低、出入口溫度差高、出入口流量差高、出口時的溫度高高。這四個參數中的一個參數在受到觸發后，就會立即使聯鎖保護系統進入工作狀態，緊接著，立即將工藝燒嘴冷卻水的進出口閥門關閉并且停止所有的工作。該方案的實行不需要花費大額的投資、降低投資風險等。此外，該方案還有一個優勢，就是在遇到風險的時候，觸發聯鎖響應機制能夠迅速地做出反應，以便相關工作人員能夠及時地解決問題。但是，從實際操作的角度考慮，上述優勢都存在一定的失敗的風險，因此，相關工作人員在設計該方案的時候應提前優化儀表以及工作回路，提高設備抗風險等級，以此避免問題的發生。

3 聯鎖優化改進方案

3.1 增設應急柴油發電機組

由于事故燒嘴冷卻水泵的EFS 無法滿足冷卻水泵的正常需求，因此，把舊EPS 電源設備廢棄，加入1臺功率500kW、電壓400V、HLGF-500 型的柴油發電機組和400 Ⅴ電源切換柜1 面、400V 電源饋出線柜1 面與控制屏的獨立事故電源。柴油發電機組是變電所0 段母線的備用電源，也可以確保在市電失電后水泵、空壓機油泵、甲醇壓縮機油泵的正常供電。當市電失電時，LCD 屏幕開始開機倒計時，預熱完成后，繼電器進行輸出，柴油發電機組發動完成后，則為安全工作階段。發電機組正常工作時，如果市電正常，則進入電壓延時，后再依次進行停機延時與高速散熱延。

3.2 燒嘴冷卻水泵改為全電壓直接啟動

在原配電柜內改造2臺燒嘴冷卻水泵，把回路內 的SM40R-630/32082、SC1-500A 型 接 觸 器、QB52-200 型軟啟動器等設備拆除；空氣開關增容調整為ABB T6S630 MA630/3150-6300630A 開關，接觸器增容調整為ABB AF580-30-11800A 型。依據開關、接觸器的安裝需求，改變固定支架，使用開關至刀閘、接觸器至開關、接觸器至電機的分支母排，調整電流互感器、分支母排、電纜等設備。把控制電器的方法由軟啟動調整為全電壓直接啟動。經過優化配后電柜內設備簡潔，電器元器件間的空間也有所增大，大大提升了配電柜的冷卻狀況，增強了電氣設備的工作安全性 。

3.3 DCS 組態優化燒嘴冷卻水泵工作狀態

以燒嘴冷卻水泵滿足供水壓力低為基礎，使用DCS 組態，同時，加入供水壓力低備用泵自啟動聯鎖回路。把預先備用的自啟動聯鎖調整為二選一控制，如此不論哪個自動狀態下的燒嘴冷卻水泵，在面對供水壓力低或主泵暫停工作的情況時，都可以確保備用泵的及時打開。

此外，使用DCS 組態把2臺燒嘴冷卻水泵回路的接觸器常閉接點串聯進供水壓力低事故燒嘴自啟動聯鎖回路中，只要燒嘴處于工作狀態下，且冷卻水泵為停車狀態，就可以確保事故燒嘴冷卻水泵的及時發動。

4 結語

在對燒嘴冷卻水系統聯鎖保護方案進行優化后，不僅可以將傳統四選二聯鎖方案的缺陷有效克服，同時，也沒有帶來投資與硬件測點的增加，防護效果也得到了較好提升。在未來的技術應用和研發過程中，對于燒嘴冷卻水聯鎖保護方案，可優先選擇使用“四選二聯鎖+出口流量低低聯鎖”的方式，同時，在使用的過程中，還應當保護好燒嘴頭部，嚴格按照要求進行維修與采購。