煤气化装置仪表选型研究

王文龙

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037000)

引 言

煤气化工艺是生产水煤气品的关键所在，煤气化工艺对于合成气产品的质量和生产效率都有重要的影响，因此，作为煤气化工艺载体的煤气化装置仪表的选型就显得至关重要了。正确地选用煤气化装置仪表的型号对于整个合成气产业的长期稳定发展有非常重要的意义。

1 煤气化技术简介

煤气化技术的应用原理是把经过预先处理好的原煤放入汽化炉等煤炭盛放的容器中，把温度和压力调至合适的刻度，在空气、氧气等氧化剂的综合作用下，借助诸如移动床、携带床、硫化床等专业装置的流动，在通过一系列的化学反应使其产生一氧化氮气体，得到水煤气原料，最后再以脱硫和脱碳等精处理手段进行提纯，最终得到纯度更高的一氧化碳精制气体产品。

煤气化工艺技术主要分为3种，即固定床气化技术、流化床气化技术和气流床气化技术，而每一种煤气化技术都有其优点和不足之处。其中，气流床气化技术主要是在高温高压下完成煤炭的气化过程，主要以纯氧作为气化剂，在气化的过程中不会产生焦油、萘、酚水等物质，因而煤炭的气化转化率比较高，最重要的是该技术对于环境的污染和破坏力比较小，故因其环保的特点而成为目前主流的煤气化工艺技术生产方案。所以本文主要以气流床气化技术为例对煤气化装置仪表的选型进行研究。

氧气经过高压处理后再通过空分工段输送与经过制备煤浆工段得到的水煤浆结合在一起，再经过流通调节阀和流通切断阀的控制筛选使二者达到最佳比例的混合，通过烧嘴把二者送进事先把气压调控在6.5 MPa，温度调控在1 300 ℃的气化炉内使其产生化学反应，经过一段时间的化学反应之后得到一氧化碳、氢气、二氧化碳、甲烷、硫化氢、氨气、甲酸等多种气体的混合气体。该阶段得到的气体属于粗制混合气体，还需要经过分离器和洗涤塔的洗涤净化之后才能进入下一步的脱硫脱碳提纯工艺阶段。而气化炉内留下的固液混合煤渣则需要经过破渣机的反复碾压和锁斗装置的反复加压、泄压后才能被彻底从气化炉内排出，而煤渣池内经过沉淀之后的上层清水，可以投入后续的渣水处理环节进行重复利用。

2 煤气化装置仪表选型的研究

2.1 氧气阀门

氧气阀门是针对氧气输送管网而专门设计的一种煤气化装置仪表，有3种阀门可供选择，即调节阀、切断阀和放空阀，在生产过程中可以根据生产需要进行选择。

但是该煤气化装置有一个缺点，就是在输送经过压缩处理的氧气的过程中，一旦碰到铁屑、油脂等颗粒物，就容易在气流运动时与阀门装置或者管壁发生摩擦和碰撞，在摩擦和碰撞的过程中会持续产生热量并且不易消散，而当热量持续聚集致使温度升高到一定程度的时候，就会使阀门或者管道装置发生破裂、燃烧甚至爆炸等危险情况。但是由于燃烧的发生需要有氧化剂、可燃物和点火能量这3个必备的要素，而煤气化装置仪表的运行需要氧气作为催化剂，所以只能通过控制可燃物和点火能量来预防燃烧和爆炸的发生。在选择煤气化装置的材料的时候要选用耐高温高压等特制材料来有效避免意外情况的发生[1]。

根据该行业的有关规定，由于氧气是燃烧的必备要素，所以要经过全面、充分地考虑单位体积内的氧气含量、压力大小、介质材料的冲击流速以及反应环境的温度等各种要素之后才能对氧气的介质材料进行选用。根据不同的应用场合和生产工况，氧气的介质材料的流速可以分为冲击型和非冲击型两种。当氧气的介质材料的流速为非冲击型且该介质的温度低于某种材料的特定温度、介质的实际流速介于非冲击所允许的流速范围之内时，那就证明这种氧气的介质材料是符合标准的，可以选用；当氧气的介质材料的流速为冲击型且介质的实际流速介于冲击所允许的流速范围之内时，那么这种氧气的介质材料也是符合标准可以选用的[2]。

但是由于煤气化装置的仪表阀门的主要属性是节流件，所以需要把该装置的所有阀门装置的流速定义为冲击流速。例如，当把钢碳的温度设计为150 ℃时，所允许的冲击流速的外包范围限值为30 m/s，此时如果施加的压力值介于0.3 MPa～1.5 MPa之间并且实际流速小于30 m/s，那么这种碳钢就能够成为对应的氧气介质材料。

2.2 锁渣阀

锁渣阀门装置主要是由锁斗的入口阀门和出口阀门及排渣阀门构成的，其中锁头主要起控制作用，包括减压和泄压、渣体排出、加压以及渣体收集等部分，而锁渣阀就是锁头实现其控制功能的关键所在。因此，锁渣阀的质量对于锁头乃至整个煤气化装置仪表的正常运行都有着至关重要的作用。黑水是锁渣阀的主要介质，有时候会掺杂一些灰水，锁渣阀的最大口径可以达到400 mm，此时的压力等级非常高，所以为了稳定气化炉内的化学反应，就需要加强对锁渣阀的双向封闭处理，确保整个装置的安全运行。而固定式的全通径球阀就能很好地满足这一要求，不仅可以实现锁渣阀的双向封闭，还能使介质流体更好地流通，并且全通径球阀储气罐和双作用型的气缸可极大地保障整个装置的安全运行。双向不锈钢锻造阀体是锁渣阀阀体的良好选择，搭配F316加硬化处理的阀座和阀芯以及抗硫材质的阀门可以使锁渣阀的性能更加可靠、稳定。为了实现锁头的顺控，对于阀门实际动作的执行时间必须进行精确的控制，该动作执行时间一般不高于8 s。

2.3 合成气放空阀

合成气放空阀是处于洗涤塔顶部管线出口和火炬中间的一种阀门装置，该阀门主要有三种运行状态：当系统处于开车工况时调为分程式；当管道的流量比较小时使用小阀调节；而当下游出现拥堵、气化炉憋压等故障时则调为双阀调节。

气化炉反应产生的粗制煤气被分离器和洗涤塔净化之后产生的混合气体就是合成气放空阀的介质。在操作时，合成气放空阀内的温度为240 ℃，压力为6.4 MPa且压力最高可达6 MPa。但是合成气放空阀在运行过程中极易出现气流受阻的情况，此时可以选用散热型Globe阀门，同时对阀座和阀芯进行硬化加固，并使用石墨进行填充，可以使合成气放空阀的性能更加稳定可靠。如果实际操作中压差较大，则可以选用平衡套筒的门芯，这种阀门的门芯不仅可以缩小阀门的执行结构，还可以降低投资成本，即使选用的阀门没有降噪功能或者性能不强，也只需在阀门后端安装一个降噪装置即可[3]。

2.4 煤浆流量测量仪表

煤浆在流动的过程中会伴随着腐蚀和沉淀，因此不能使用涡街、孔板等节流原件对其流量进行测量，而是使用电磁式流量计来测量其瞬时流量。因为煤浆流动使压力较大，所以必须选择抗压抗腐蚀的ETFE材料，搭配陶瓷工艺的哈氏合金是最佳选择。最后，电磁式流量计在安装时一般有水平式和垂直式两种选择，在操作中不管选择哪一种安装方式，都必须要保证管道被介质填充满。

3 结语

自控仪表的性能和质量对于整个煤气化装置系统的安全、稳定、长期运行来说有着至关重要的作用，所以在进行煤气化装置仪表选型的时候一定要根据实际需要并结合行业规定来选择，只有选择合适的煤气化装置仪表，才能更好地保证合成气产品的质量和用户使用的安全性，促进行业的长久发展。

参考文献：

[1] 曲鸿文.在线分析仪表在煤气化装置中的应用及其预处理系统的改造[J].化工自动化及仪表,2013,40(6):714-719.

[2] 黄俊华,胡同印.浅析煤气化装置仪表选型[J].仪器仪表用户,2015(2):35-38.

[3] 解玲玲.在线分析仪表在煤气化装置预处理系统中的改造[J].中国化工贸易,2015,7(25):140.