張曉恩，張琪(陜西潤(rùn)中清潔能源有限公司，陜西 咸陽 713600)

0 引言

高壓氧氣管網(wǎng)是現(xiàn)代煤化工企業(yè)內(nèi)部非常重要又非常特殊的管網(wǎng)之一。隨著大型空分技術(shù)的日趨成熟，煤化工行業(yè)規(guī)模化、大型化的步伐迅速加快。

在總結(jié)企業(yè)大量實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)高壓氧氣管網(wǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，優(yōu)化放空閥的壓力調(diào)節(jié)模式，在一臺(tái)或兩臺(tái)氣化爐同時(shí)跳車時(shí)，將放空閥開度迅速調(diào)節(jié)到對(duì)應(yīng)一定氧氣放空量(放空閥開度既要滿足泄放大量氧氣的要求，氧氣流速也不能超出氧氣安全流速的限定)的安全開度的基礎(chǔ)上，壓力控制器(PIC，下同)繼而跟蹤管網(wǎng)實(shí)際檢測(cè)到的壓力變化值，由壓力控制器按照管網(wǎng)壓力設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)。這樣，既保證了管網(wǎng)氧氣泄放量迅速達(dá)到泄放要求，節(jié)省了調(diào)節(jié)時(shí)間，同時(shí)由壓力控制器繼續(xù)實(shí)施自動(dòng)調(diào)節(jié)，維持管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定，保證了其余設(shè)備氧氣用量需求不受影響的繼續(xù)供給，整套生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定不中斷及高壓氧氣管網(wǎng)的平穩(wěn)安全運(yùn)行，也確保了設(shè)備及人員的安全。

1 技術(shù)改造實(shí)施

1.1 改造可行性調(diào)查及各項(xiàng)條件確認(rèn)

(1)查閱工藝包、項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)文件，核對(duì)相關(guān)條件滿足改造要求。經(jīng)查閱相關(guān)文件，設(shè)計(jì)的空分高壓氧氣放空閥和安全閥的最大泄放量是88 000 Nm3/h；依據(jù)最近3年的數(shù)據(jù)，氣化在滿負(fù)荷時(shí)需要的高壓氧氣最大值是最大泄放值，實(shí)際工作用量小于該值。因此，實(shí)際流速小于額定值，運(yùn)行時(shí)更可靠、更安全。放空閥后進(jìn)行了二級(jí)擴(kuò)徑設(shè)計(jì)，可以減緩放空閥后氧氣的流動(dòng)速度，確保其速度在安全范圍內(nèi)。同時(shí)，其生產(chǎn)材料采用銅合金制作，更科學(xué)、更安全。

(2)請(qǐng)工藝包供應(yīng)商核算，確認(rèn)重要條件滿足要求。工藝包供應(yīng)商(即技術(shù)供應(yīng)商，為林德工程公司)設(shè)計(jì)經(jīng)理根據(jù)業(yè)主初步構(gòu)想再次查閱設(shè)計(jì)文件，確認(rèn)業(yè)主計(jì)劃實(shí)施的技術(shù)改造所必須具備的幾個(gè)條件均滿足技改要求。

(3)請(qǐng)工程設(shè)計(jì)單位核查設(shè)計(jì)滿足技術(shù)要求。經(jīng)與華陸工程科技有限責(zé)任公司溝通，相關(guān)設(shè)計(jì)人員再次查閱、核對(duì)，確認(rèn)設(shè)計(jì)文件完全遵從工藝包商提供的技術(shù)數(shù)據(jù)和相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(4)與供貨單位對(duì)接，檢查供貨情況、訂貨及供貨合格。林德公司采購(gòu)部門再次審查供貨合同各項(xiàng)參數(shù)，均與技術(shù)規(guī)格書中的指標(biāo)完全一致，確認(rèn)供貨完全遵從工藝包設(shè)計(jì)文件要求，滿足初步構(gòu)想、付諸實(shí)施所必須的各項(xiàng)條件要求，最終確認(rèn)技改初步構(gòu)想方案可行。

(5)核對(duì)所有設(shè)備銘牌及質(zhì)量證明文件，確認(rèn)實(shí)際供貨無誤。重點(diǎn)核對(duì)高壓氧氣閥、管材套件，采用德國(guó)工藝，由德國(guó)公司提供，質(zhì)量過硬有保障，實(shí)際采購(gòu)供貨各參數(shù)與工藝包技術(shù)規(guī)格書一致。

(6)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)各重要設(shè)備及管材材質(zhì)與設(shè)計(jì)文件完全一致。用光譜儀現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)各重要設(shè)備、管道、材料材質(zhì)，主要包括放空閥及安全閥閥體、閥座、閥芯等部件及氧管線、變徑、螺栓螺母、支架等材質(zhì)，均為蒙乃爾或不銹鋼，為氧管線常用的防爆優(yōu)質(zhì)材料，與設(shè)計(jì)文件技術(shù)要求完全一致。

(7)核查工程過程資料，確保氧系統(tǒng)所有工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)。再次核查項(xiàng)目工程竣工文件，核查氧氣系統(tǒng)的閥門、管材、管件等，及材料到場(chǎng)驗(yàn)收；施工過程中重要設(shè)備脫脂過程監(jiān)督見證、脫脂結(jié)果檢查驗(yàn)收；管道接口前檢查見證簽字；焊接過程中監(jiān)理、林德駐場(chǎng)代表見證檢查簽字；甲方車間包抓人員的見證檢查簽字；竣工驗(yàn)收時(shí)，氧氣系統(tǒng)工程質(zhì)量驗(yàn)收合格簽字；試車前管線再次抽檢等所有程序的核查。檢查結(jié)果是：清潔度等級(jí)全部達(dá)到林德公司要求的LB141—74 S2級(jí)以上，全程施工質(zhì)量達(dá)到林德公司技術(shù)要求，施工質(zhì)量?jī)?yōu)良。

1.2 技術(shù)改造方案的設(shè)計(jì)

技術(shù)改造方案初步構(gòu)想概括如下。

在保留空分原有壓力控制聯(lián)鎖的基礎(chǔ)上，對(duì)高壓氧氣管網(wǎng)進(jìn)行增氧，并迅速安全放空聯(lián)鎖?？梢孕略?臺(tái)氣化爐跳車信號(hào)，使其觸發(fā)氧氣放空閥，快速達(dá)到開大聯(lián)鎖，當(dāng)一臺(tái)/多臺(tái)氣化爐同一時(shí)間發(fā)生停車，聯(lián)鎖停車信號(hào)將立即告知空分DCS集散控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將迅速開大放空閥。高壓氧氣管網(wǎng)壓力控制器根據(jù)高壓氧氣管網(wǎng)壓力實(shí)時(shí)檢測(cè)值，按照系統(tǒng)設(shè)定的壓力值A(chǔ)UTO調(diào)整氧氣閥開度，確保氧氣快速放空量，從而實(shí)現(xiàn)迅速泄放、穩(wěn)定高壓氧氣管網(wǎng)壓力、確保穩(wěn)定、規(guī)避安全事故發(fā)生[1]。

為了確保技術(shù)改造質(zhì)量，技術(shù)改造工作由公司總工辦直接負(fù)責(zé)實(shí)施，整體工作由工藝副總工程師總領(lǐng)，儀表副總工程師配合。工藝組編制工藝技術(shù)方面的各種要求，工藝副總工程師審核后轉(zhuǎn)給儀表組編制自動(dòng)控制策略、繪制自動(dòng)控制邏輯圖，儀表副總工程師審核結(jié)束后進(jìn)行聯(lián)審。最后，設(shè)計(jì)方案再次發(fā)送給工藝包供貨商林德工程公司和項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)單位華陸工程科技有限責(zé)任公司審核把關(guān)。使得高壓氧氣管網(wǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)改造方案萬無一失。

1.3 技術(shù)改造方案工程實(shí)施

(1)氣化車間與空分車間新增網(wǎng)絡(luò)通訊，1#、2#、3#氣化爐停車時(shí)，空分高壓氧放空閥自動(dòng)打開并瞬時(shí)調(diào)整開度至一定值。

(2)空分車間分餾崗位系統(tǒng)分別增加各氣化爐對(duì)應(yīng)的聯(lián)鎖解除和投用軟開關(guān)，致使兩個(gè)車間在檢修或者調(diào)試時(shí)都會(huì)非常方便，各項(xiàng)工作按程序進(jìn)行，增加了安全性。

(3)當(dāng)氣化車間任何一臺(tái)氣化爐或者任意兩臺(tái)氣化爐停爐時(shí)其信號(hào)也同步通知給空分系統(tǒng)，系統(tǒng)按照事先設(shè)定好的閥門開度迅速開大高壓氧放空閥，原來在系統(tǒng)內(nèi)供生產(chǎn)的部分氧氣被泄放掉，然后再由原有的壓力控制器跟蹤管網(wǎng)壓力，實(shí)時(shí)檢測(cè)值進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

(4)為了降低空分車間分餾崗位操作工誤操作的幾率，在新增的切除和投用操作時(shí)都要進(jìn)行再次確認(rèn)程序。雖然看著麻煩和繁瑣，但經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，確實(shí)能夠降低誤操作的幾率。

1.4 投用前各項(xiàng)檢查及準(zhǔn)備工作

由于氧氣的特殊化學(xué)性質(zhì)，周邊企業(yè)近年來均發(fā)生過氧閥爆炸、氧管線燃燒爆炸等安全事故，造成企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)長(zhǎng)時(shí)間不能恢復(fù)，企業(yè)效益受到嚴(yán)重影響，企業(yè)聲譽(yù)受到極大的損害。因此，高壓氧氣系統(tǒng)各項(xiàng)工作都要非常認(rèn)真、慎重進(jìn)行。本次技術(shù)改造是高壓氧氣系統(tǒng)的重大改造，對(duì)氧氣的流量、壓力、流速等瞬時(shí)指標(biāo)都有較大影響。因此，與氧氣相關(guān)的所有環(huán)節(jié)都要保持嚴(yán)肅、科學(xué)、審慎的態(tài)度，檢查除了主要的控制方案及供貨等主要環(huán)節(jié)外，還要包括一些小細(xì)節(jié)、輔助環(huán)節(jié)，具體包括但不僅限于如下工作：

(1)由各專業(yè)組負(fù)責(zé)人親自掛帥逐個(gè)排查高壓氧系統(tǒng)內(nèi)的一些容易出現(xiàn)問題的部位，重點(diǎn)是本公司和周邊幾家企業(yè)前幾次出現(xiàn)問題的部位。

(2)嚴(yán)格按照林德工程公司技術(shù)要求檢查高壓氧系統(tǒng)管網(wǎng)接地電阻和法蘭間電阻，使其實(shí)際數(shù)值分別不大于1.00 Ω、小于0.03 Ω。

(3)針對(duì)高壓氧自動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)改造工程，編制完善《事故預(yù)案》并認(rèn)真培訓(xùn)，所有員工經(jīng)考試合格后頒布實(shí)施。

(4)技術(shù)改造各項(xiàng)目完成后進(jìn)行反復(fù)空試、系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試，直至完全合格。

(5)重新修訂高壓氧氣管網(wǎng)壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)管理制度，并組織車間全體干職員工認(rèn)真學(xué)習(xí)，嚴(yán)格執(zhí)行。

1.5 投用

(1)空分分餾崗位主操接到調(diào)度室指令后，按照《聯(lián)鎖管理制度》進(jìn)行聯(lián)鎖的投用/解除程序操作。

(2)氣化車間應(yīng)在氣化爐投用成功后及時(shí)、準(zhǔn)確地匯報(bào)給生產(chǎn)調(diào)度室。

(3)生產(chǎn)調(diào)度室應(yīng)在接到氣化車間某臺(tái)氣化爐投料成功后及時(shí)、準(zhǔn)確地通知空分分餾主操。

(4)空分分餾主操接到調(diào)度室某臺(tái)氣化爐投料成功的通知指令后，必須及時(shí)、準(zhǔn)確地投用該臺(tái)氣化爐對(duì)應(yīng)的聯(lián)動(dòng)氧氣放空閥聯(lián)鎖；空分分餾主操接到調(diào)度室某臺(tái)氣化爐停車(或跳車)的通知指令后，必須及時(shí)、準(zhǔn)確地解除該臺(tái)氣化爐對(duì)應(yīng)的聯(lián)動(dòng)氧氣放空閥聯(lián)鎖。

(5)匯總技術(shù)改造后所有氣化爐跳車期間氧氣放空閥等關(guān)鍵設(shè)備動(dòng)作記錄、各工藝指標(biāo)變化趨勢(shì)圖，并認(rèn)真組織分析，客觀評(píng)價(jià)技術(shù)改造效果。

2 改造實(shí)施前后對(duì)比

2.1 改造前后技術(shù)方案對(duì)比

本次技術(shù)改造實(shí)施前的控制方案簡(jiǎn)單概括為：高壓氧氣管網(wǎng)設(shè)置放空閥，管網(wǎng)壓力控制器通過根據(jù)管網(wǎng)上安裝的壓力檢測(cè)單元實(shí)際檢測(cè)到的管網(wǎng)壓力，并與設(shè)置的管網(wǎng)壓力值進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)比對(duì)結(jié)果相應(yīng)的調(diào)整氧氣放空閥的開度，管網(wǎng)壓力高的時(shí)候，控制器根據(jù)比對(duì)結(jié)果開大放空閥，適當(dāng)排放部分氧氣，直至壓力接近壓力的設(shè)定值；當(dāng)管網(wǎng)壓力較低的時(shí)候，控制器根據(jù)實(shí)際檢測(cè)到的壓力值與設(shè)定值比對(duì)結(jié)果，適當(dāng)關(guān)小放空閥的開度，減少泄放的氧氣量，直至壓力接近管網(wǎng)壓力控制器設(shè)定的壓力值。

技術(shù)改造后的控制方案簡(jiǎn)單概括為：改造后增加了氣化爐聯(lián)鎖停車與氧氣放空閥聯(lián)動(dòng)方案，即正常生產(chǎn)中，高壓氧氣管網(wǎng)壓力控制器按照管網(wǎng)壓力設(shè)定值進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，但當(dāng)發(fā)生氣化爐聯(lián)鎖停車時(shí)，氣化爐停車信號(hào)同時(shí)傳輸至空分氧高壓控制系統(tǒng)，放空閥開度可以自動(dòng)修正“20%+跳車釋放空閥實(shí)際量”，按照管網(wǎng)壓力的設(shè)定值由控制器自動(dòng)進(jìn)行管網(wǎng)壓力調(diào)整控制。

需要說明的是，即使一臺(tái)或多臺(tái)氣化爐同時(shí)跳車，觸發(fā)系統(tǒng)都會(huì)執(zhí)行上述標(biāo)準(zhǔn)控制，而后再進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。之所以執(zhí)行上述標(biāo)準(zhǔn)，是由于20%開度的氧氣放空閥的流量是1臺(tái)氣化爐的最低氧氣需求量。20%開度值可以確保當(dāng)兩臺(tái)氣化爐為最小負(fù)載時(shí)兩臺(tái)氣化爐之間可以相互獨(dú)立運(yùn)行，互不影響。同時(shí)可以確保放空閥大開度時(shí)調(diào)節(jié)作用更好[2]。

2.2 改造前后實(shí)際效果對(duì)比

(1)管網(wǎng)壓力波動(dòng)情況較技術(shù)改造前明顯減小，改造前氣化爐跳車后，壓力波動(dòng)最大可達(dá)±400 kPa，改造后波動(dòng)最大僅為±130 kPa。

(2)改造前曾一度出現(xiàn)因一臺(tái)氣化爐停車后高壓氧氣用量瞬間大幅降低、放空閥調(diào)節(jié)滯后導(dǎo)致的另一臺(tái)正在運(yùn)行的氣化爐聯(lián)鎖跳車(氧煤比高高聯(lián)鎖氣化爐停車)的次生生產(chǎn)事故的發(fā)生，改造后從未再出現(xiàn)過該類似次生生產(chǎn)事故的發(fā)生。

(3)改造前曾出現(xiàn)一套氣化爐跳車后壓力調(diào)節(jié)滯后致使安全閥動(dòng)作，安全閥強(qiáng)大的排放反沖力致使安全閥連接管線嚴(yán)重變形。改造后無論一臺(tái)還是兩臺(tái)氣化爐同時(shí)停車，管網(wǎng)壓力調(diào)節(jié)都比較平穩(wěn)，未再出現(xiàn)過安全閥動(dòng)作的情況及安全閥連接管變形的生產(chǎn)事故[3]。

高壓氧氣管網(wǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)改造后，管網(wǎng)壓力調(diào)節(jié)更及時(shí)、更精準(zhǔn)，滿足了企業(yè)高壓氧氣管網(wǎng)嚴(yán)格的工藝要求及嚴(yán)苛的安全要求，技改結(jié)果是成功的。這次高壓氧氣管網(wǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)改造，是建立在本套空分裝置高壓氧氣管網(wǎng)放空閥配置按照全流量(即88 000 Nm3/h)放空設(shè)計(jì)及供貨的基礎(chǔ)上的，放空閥的主要部件材質(zhì)為蒙乃爾、放空閥后變徑管(擴(kuò)徑)材質(zhì)為銅合金，其他關(guān)鍵設(shè)備材質(zhì)滿足氧特殊化學(xué)性質(zhì)和氧安全流速的前提下進(jìn)行的，否則改造可能有不可控的安全風(fēng)險(xiǎn)。本次技術(shù)改造對(duì)原有的液氧泵轉(zhuǎn)速控制、回流閥控制等聯(lián)鎖未做任何改變，以減少不必的干擾因素，便于對(duì)技改效果、方案更好評(píng)估和調(diào)整[4]。

同時(shí)，本次技改是以生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部工藝人員為主導(dǎo)進(jìn)行的，主要目的是為了解決生產(chǎn)實(shí)際中出現(xiàn)的問題。由于技術(shù)改造過程缺乏高層次專業(yè)技術(shù)人才的全程指導(dǎo)和把關(guān)，技術(shù)改造各相關(guān)專業(yè)參與類別也不全面、專業(yè)素養(yǎng)局限等因素的存在，問題考慮可能不夠周全，系統(tǒng)方案可能還存在一定的瑕疵，后期還有較多需要改進(jìn)完善的空間，需要相關(guān)高層次人才給與全面指導(dǎo)，生產(chǎn)管理人員、技術(shù)管理人員應(yīng)繼續(xù)不斷地進(jìn)行觀察、總結(jié)、完善，以求達(dá)到更完美的效果。

3 結(jié)語

本次高壓氧氣管網(wǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)改造項(xiàng)目的成功，離不開工藝包供應(yīng)商和項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)單位的大力支持。工藝包供應(yīng)商的設(shè)計(jì)經(jīng)理從技術(shù)供應(yīng)商的最初設(shè)計(jì)原理方面給予本次技術(shù)改造以核查把關(guān)，保障了技改的順利實(shí)施。