摘要：煤是中国的主要能源之一。发展煤化工技术，是补充中国石油资源不足、保障能源安全的重要途径，对保证中国能源安全和经济发展具有重要的战略意义。煤气化技术是煤化工的核心。水煤浆气化是目前最先进的煤气化工艺之一，其技术成熟、碳转化率高。水煤浆运行安全可靠，避免了干粉煤进料不稳定、易燃、易爆、易磨损、泄漏等难题。用水煤浆进料稳定可靠，水冷壁挂渣稳定。此工艺技术引进数十年，现已国产化。原料煤通过给料机构和燃料喷嘴进入水冷壁气化炉，使用纯氧作氧化剂，对含碳物质进行不完全氧化生产合成气。水煤浆气化装置投料配比精准，且装置高温高压设备多，有可燃易爆物料，自动化仪表在水煤浆气化装置中有着举足轻重的地位。如果在自动化仪表选型过程中遗漏重要参数，会给整个工艺生产带来危险。现就工程中自动化仪表设备控制阀、流量、温度、压力、物位仪表的选型难点进行分析。
关键词：煤气化装置；自动化；仪表选型
现代煤气化采用的是清洁能源，对保护大气环境，减少污染物的排放和保护人们的身体健康有着重要的意义。随着我国经济建设进程的不断加快，对煤气自动化的需求也将会进入快速增长的阶段。煤气在运行上的自动化控制不断创新和进步也必将影响其自身的发展。
1煤气行业自动化系统概述
1.1现代煤气化装置对自动化仪表控制的依赖
煤气自动化系统主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。小型煤气化生产规模小、产量低、产品单一，企业仪表配置多采用单回路控制系统，一次仪表以就地机械仪表为主，以满足简单、适用、方便、快捷、价廉的要求。然而，现阶段小型煤气化已不适应时代的发展要求，取而代之的是大型煤气化企业。现代大型煤气化企业不仅生产规模大、产量高，而且其煤气化过程是高温、高压下在气化炉内进行的复杂而又剧烈的化学反应，稍有不慎就有可能引起工艺状况的紊乱及运行设备的事故，造成无可挽回的损失，故其项目生产的稳定性尤其是安全性更加需要注意。而避免现代煤气化事故发生仅靠操作人员的努力是远远不够的，因为快速的化学反应是始终在进行，人的反应总是滞后的，而仪表的可靠性直接影响运行装置的可靠性，因此现代煤气化装置仪表的重要性更加突出。要保证煤气化的顺利进行，尤其是对大型现代化煤化工装置的稳定运行而言，应保障所有与气化炉相关的设备、仪表、电机等的良好运行，各控制阀门灵活、可靠、准确、到位，此外还要有操作稳定的 ＤＣＳ 、 ＥＳＤ 的仪表联锁保护等，操作员只需按操作规程准确的按动按钮，即可实现稳定运行。综上所述，尤其对生产规模大、产量高、自动化程度高的现代化大型煤气化企业，其煤气化装置对自动化仪表控制的的依靠已不可分割。
1.2煤气自动化系统涉及的设备
1.2.1中央控制站组成
中央控制站硬件组成如下：2套20“LCD宽屏操作员站工程师站计算机，热备冗余结构。配套提供的操作系统为中文WindowsXP或以上版本，计算机操作系统将具有在系统崩溃后一键自恢复的功能，或者安装两套独立的操作系统。1套网络及数据服务器，配套提供的操作系统为中文WindowsXP或以上版本，计算机操作系统将具有在系统崩溃后一键自恢复的功能，或者安装两套独立的操作系统。1台激光黑白A3打印机，用作报警打印；1台喷墨彩色A3打印机，用作图形打印；1套打印服务器（PRT03），用于管理打印机。1套24口以太网交换机，设于中央控制室，以组成监控系统通讯网络。1套投影仪，带150″电动屏幕，用以显示操作员站相关信息。1套UPS不间断电源装置：220VAC，3kVA，60min，用于计算机控制系统的供电。1套网络通讯柜，尺寸为2100×800×600，安装交换机、UPS等设备，并中控室计算机系统配电。
1.2.2管理信息系统组成
5套管理计算机，分别设于厂长室、副厂长室、总工程师室、化验室、生产科室，以WEB方式对生产运行工况、工艺过程参数的实时查询及受权的实时控制。3套喷墨打印机，分别设于厂长室、总师室、生产科室。
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1.2.3现场控制站组成
3套现场控制站（PLC1~PLC3），1#现场控制站（PLC1）位于加药间控制室、2#现场控制站（PLC2）位于变配电间控制室和3#现场控制站（PLC3）位于出气仪表间控制室。
每个现场控制站包括以下主要控制设备：可编程序逻辑控制器（PLC）、I/O模块、总线连接器（按需要配置）、操作员面板、隔离装置、PLC柜、不间断电源（UPS）及电源SPD保护装置、仪表信道及通讯信道SPD保护装置。
2现代煤气化装置涉及的自动化仪表及其选型
水煤浆气化是目前最先进的煤气化工艺之一，用水煤浆进料稳定可靠，水冷壁挂渣稳定。然而，水煤浆气化装置高温高压设备多，有可燃易爆物料，如果在自动化仪表选型中稍有不慎，会给危及整个工艺生产。为此，本文根据水煤浆气化工艺的特点，针对装置自动化仪表的温度、压力、控制阀等选型进行总结，为同类装置的工艺设计和仪表选型提供参考依据。
2.1控制阀
控制阀是化工生产必不可少的设备。煤气行业自动化仪表控制阀主要包括氧气切断/调节阀、合成气阀、煤浆阀和黑水减压阀等。合理选择阀体、阀芯结构形式和材质，并在满足基本要求的前提下，根据具体情况满足其他要求，是提高调节品质、延长阀使用寿命的关键。
2.2流量仪表
流量是化工生产中一个重要参数。水煤浆气化流量计一般用差压式流量测量仪表。选择合适的流量计，可为工艺生产提供更准确的物料消耗与产品产量数据。具体自动化流量仪表主要有煤浆流量测量仪表、氧气流量测量仪表及黑水或灰水测量仪表。
2.3压力测量仪表
压力检测在化工行业非常重要。其压力测量仪表的具体选用情况如下：1）煤气化常规介质压力测量选用弹簧管不锈钢压力表或变送器。2）易冲刷、腐蚀、易堵塞场合的压力测量仪表，膜片加厚，膜片材质选哈氏合金C耐腐蚀、耐磨损。3）氧气介质选用氧气专用压力表或变送器，并经过脱脂处理。
2.4温度测量仪表
温度是工艺生产过程中最基本的控制参数，温度检测仪表是化工生产应用最广泛的仪表。燃烧室、气化炉炉壁及黑水/灰水温度测量仪表具体选配如下：1）燃烧室测量。燃烧室内为高温、高压、高频率冲刷、强氧化等环境，要求热电偶保护管应耐压、耐冲刷、抗氧化-还原，热电偶芯能在1600℃的高温下长期工作。如，热电偶保护管可采用双层结构，内层为刚玉，外层为MoSi2金属陶瓷或耐磨金属，以达到耐压、耐冲刷、抗氧化-还原的要求；热电偶芯可采用B型高温热电偶；测温元件中应增加一组K型热电偶，其安装插入深度需考虑水冷壁内壁挂渣和冲刷因素。2）气化炉炉壁测量。气化炉表面温度检测必须准确，以保证气化炉处于安全状态。3）黑水、灰水测量。黑水、灰水为固液两相，冲刷、磨蚀较大，保护管应进行硬化处理，喷涂碳化钨或堆焊司太莱硬质合金。
结论
现代煤气化装置对自动化仪表控制的依赖程度越来越大，而且自动化仪表的应用水平对煤气化装置的自动化控制极为重要，其关系到整个煤气化装置能否长期、稳定、安全的运行。因此，不仅要根据工况条件和工艺数据选用正确的自动化仪表设备，还需要参考类似装置在实际运用中的使用经验，针对装置自动化仪表的控制阀、流量等的选型进行总结，选用最佳的自动化仪表设备，从而提高工艺的控制精度，促使水煤浆气化工艺的发展。
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[3]王睿.仪表自动化在化工工业方面的应用[J].通讯世界，2015（21）：222.
论文作者:张新凯1,龚立2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：仪表论文; 装置论文; 自动化仪表论文; 测量论文; 黑水论文; 工艺论文; 热电偶论文; 《电力设备》2019年第6期论文;