高压氧气管网自动控制系统技术改造实践

张晓恩，张琪(陕西润中清洁能源有限公司，陕西 咸阳 713600)

0 引言

高压氧气管网是现代煤化工企业内部非常重要又非常特殊的管网之一。随着大型空分技术的日趋成熟，煤化工行业规模化、大型化的步伐迅速加快。

在总结企业大量实际生产运行数据的基础上，对高压氧气管网自动控制系统进行技术改造，优化放空阀的压力调节模式，在一台或两台气化炉同时跳车时，将放空阀开度迅速调节到对应一定氧气放空量(放空阀开度既要满足泄放大量氧气的要求，氧气流速也不能超出氧气安全流速的限定)的安全开度的基础上，压力控制器(PIC，下同)继而跟踪管网实际检测到的压力变化值，由压力控制器按照管网压力设定值自动调节。这样，既保证了管网氧气泄放量迅速达到泄放要求，节省了调节时间，同时由压力控制器继续实施自动调节，维持管网的压力稳定，保证了其余设备氧气用量需求不受影响的继续供给，整套生产系统运行稳定不中断及高压氧气管网的平稳安全运行，也确保了设备及人员的安全。

1 技术改造实施

1.1 改造可行性调查及各项条件确认

(1)查阅工艺包、项目工程设计文件，核对相关条件满足改造要求。经查阅相关文件，设计的空分高压氧气放空阀和安全阀的最大泄放量是88 000 Nm3/h；依据最近3年的数据，气化在满负荷时需要的高压氧气最大值是最大泄放值，实际工作用量小于该值。因此，实际流速小于额定值，运行时更可靠、更安全。放空阀后进行了二级扩径设计，可以减缓放空阀后氧气的流动速度，确保其速度在安全范围内。同时，其生产材料采用铜合金制作，更科学、更安全。

(2)请工艺包供应商核算，确认重要条件满足要求。工艺包供应商(即技术供应商，为林德工程公司)设计经理根据业主初步构想再次查阅设计文件，确认业主计划实施的技术改造所必须具备的几个条件均满足技改要求。

(3)请工程设计单位核查设计满足技术要求。经与华陆工程科技有限责任公司沟通，相关设计人员再次查阅、核对，确认设计文件完全遵从工艺包商提供的技术数据和相关要求进行设计。

(4)与供货单位对接，检查供货情况、订货及供货合格。林德公司采购部门再次审查供货合同各项参数，均与技术规格书中的指标完全一致，确认供货完全遵从工艺包设计文件要求，满足初步构想、付诸实施所必须的各项条件要求，最终确认技改初步构想方案可行。

(5)核对所有设备铭牌及质量证明文件，确认实际供货无误。重点核对高压氧气阀、管材套件，采用德国工艺，由德国公司提供，质量过硬有保障，实际采购供货各参数与工艺包技术规格书一致。

(6)现场检测各重要设备及管材材质与设计文件完全一致。用光谱仪现场检测各重要设备、管道、材料材质，主要包括放空阀及安全阀阀体、阀座、阀芯等部件及氧管线、变径、螺栓螺母、支架等材质，均为蒙乃尔或不锈钢，为氧管线常用的防爆优质材料，与设计文件技术要求完全一致。

(7)核查工程过程资料，确保氧系统所有工程质量达标。再次核查项目工程竣工文件，核查氧气系统的阀门、管材、管件等，及材料到场验收；施工过程中重要设备脱脂过程监督见证、脱脂结果检查验收；管道接口前检查见证签字；焊接过程中监理、林德驻场代表见证检查签字；甲方车间包抓人员的见证检查签字；竣工验收时，氧气系统工程质量验收合格签字；试车前管线再次抽检等所有程序的核查。检查结果是：清洁度等级全部达到林德公司要求的LB141—74 S2级以上，全程施工质量达到林德公司技术要求，施工质量优良。

1.2 技术改造方案的设计

技术改造方案初步构想概括如下。

在保留空分原有压力控制联锁的基础上，对高压氧气管网进行增氧，并迅速安全放空联锁。可以新增3台气化炉跳车信号，使其触发氧气放空阀，快速达到开大联锁，当一台/多台气化炉同一时间发生停车，联锁停车信号将立即告知空分DCS集散控制系统，控制系统将迅速开大放空阀。高压氧气管网压力控制器根据高压氧气管网压力实时检测值，按照系统设定的压力值AUTO调整氧气阀开度，确保氧气快速放空量，从而实现迅速泄放、稳定高压氧气管网压力、确保稳定、规避安全事故发生[1]。

为了确保技术改造质量，技术改造工作由公司总工办直接负责实施，整体工作由工艺副总工程师总领，仪表副总工程师配合。工艺组编制工艺技术方面的各种要求，工艺副总工程师审核后转给仪表组编制自动控制策略、绘制自动控制逻辑图，仪表副总工程师审核结束后进行联审。最后，设计方案再次发送给工艺包供货商林德工程公司和项目工程设计单位华陆工程科技有限责任公司审核把关。使得高压氧气管网自动控制系统技术改造方案万无一失。

1.3 技术改造方案工程实施

(1)气化车间与空分车间新增网络通讯，1#、2#、3#气化炉停车时，空分高压氧放空阀自动打开并瞬时调整开度至一定值。

(2)空分车间分馏岗位系统分别增加各气化炉对应的联锁解除和投用软开关，致使两个车间在检修或者调试时都会非常方便，各项工作按程序进行，增加了安全性。

(3)当气化车间任何一台气化炉或者任意两台气化炉停炉时其信号也同步通知给空分系统，系统按照事先设定好的阀门开度迅速开大高压氧放空阀，原来在系统内供生产的部分氧气被泄放掉，然后再由原有的压力控制器跟踪管网压力，实时检测值进行自动调节。

(4)为了降低空分车间分馏岗位操作工误操作的几率，在新增的切除和投用操作时都要进行再次确认程序。虽然看着麻烦和繁琐，但经过实践检验，确实能够降低误操作的几率。

1.4 投用前各项检查及准备工作

由于氧气的特殊化学性质，周边企业近年来均发生过氧阀爆炸、氧管线燃烧爆炸等安全事故，造成企业生产经营活动长时间不能恢复，企业效益受到严重影响，企业声誉受到极大的损害。因此，高压氧气系统各项工作都要非常认真、慎重进行。本次技术改造是高压氧气系统的重大改造，对氧气的流量、压力、流速等瞬时指标都有较大影响。因此，与氧气相关的所有环节都要保持严肃、科学、审慎的态度，检查除了主要的控制方案及供货等主要环节外，还要包括一些小细节、辅助环节，具体包括但不仅限于如下工作：

(1)由各专业组负责人亲自挂帅逐个排查高压氧系统内的一些容易出现问题的部位，重点是本公司和周边几家企业前几次出现问题的部位。

(2)严格按照林德工程公司技术要求检查高压氧系统管网接地电阻和法兰间电阻，使其实际数值分别不大于1.00 Ω、小于0.03 Ω。

(3)针对高压氧自动控制系统的技术改造工程，编制完善《事故预案》并认真培训，所有员工经考试合格后颁布实施。

(4)技术改造各项目完成后进行反复空试、系统联合调试，直至完全合格。

(5)重新修订高压氧气管网压力自动控制系统管理制度，并组织车间全体干职员工认真学习，严格执行。

1.5 投用

(1)空分分馏岗位主操接到调度室指令后，按照《联锁管理制度》进行联锁的投用/解除程序操作。

(2)气化车间应在气化炉投用成功后及时、准确地汇报给生产调度室。

(3)生产调度室应在接到气化车间某台气化炉投料成功后及时、准确地通知空分分馏主操。

(4)空分分馏主操接到调度室某台气化炉投料成功的通知指令后，必须及时、准确地投用该台气化炉对应的联动氧气放空阀联锁；空分分馏主操接到调度室某台气化炉停车(或跳车)的通知指令后，必须及时、准确地解除该台气化炉对应的联动氧气放空阀联锁。

(5)汇总技术改造后所有气化炉跳车期间氧气放空阀等关键设备动作记录、各工艺指标变化趋势图，并认真组织分析，客观评价技术改造效果。

2 改造实施前后对比

2.1 改造前后技术方案对比

本次技术改造实施前的控制方案简单概括为：高压氧气管网设置放空阀，管网压力控制器通过根据管网上安装的压力检测单元实际检测到的管网压力，并与设置的管网压力值进行比对，根据比对结果相应的调整氧气放空阀的开度，管网压力高的时候，控制器根据比对结果开大放空阀，适当排放部分氧气，直至压力接近压力的设定值；当管网压力较低的时候，控制器根据实际检测到的压力值与设定值比对结果，适当关小放空阀的开度，减少泄放的氧气量，直至压力接近管网压力控制器设定的压力值。

技术改造后的控制方案简单概括为：改造后增加了气化炉联锁停车与氧气放空阀联动方案，即正常生产中，高压氧气管网压力控制器按照管网压力设定值进行自动调节，但当发生气化炉联锁停车时，气化炉停车信号同时传输至空分氧高压控制系统，放空阀开度可以自动修正“20%+跳车释放空阀实际量”，按照管网压力的设定值由控制器自动进行管网压力调整控制。

需要说明的是，即使一台或多台气化炉同时跳车，触发系统都会执行上述标准控制，而后再进行自动调整。之所以执行上述标准，是由于20%开度的氧气放空阀的流量是1台气化炉的最低氧气需求量。20%开度值可以确保当两台气化炉为最小负载时两台气化炉之间可以相互独立运行，互不影响。同时可以确保放空阀大开度时调节作用更好[2]。

2.2 改造前后实际效果对比

(1)管网压力波动情况较技术改造前明显减小，改造前气化炉跳车后，压力波动最大可达±400 kPa，改造后波动最大仅为±130 kPa。

(2)改造前曾一度出现因一台气化炉停车后高压氧气用量瞬间大幅降低、放空阀调节滞后导致的另一台正在运行的气化炉联锁跳车(氧煤比高高联锁气化炉停车)的次生生产事故的发生，改造后从未再出现过该类似次生生产事故的发生。

(3)改造前曾出现一套气化炉跳车后压力调节滞后致使安全阀动作，安全阀强大的排放反冲力致使安全阀连接管线严重变形。改造后无论一台还是两台气化炉同时停车，管网压力调节都比较平稳，未再出现过安全阀动作的情况及安全阀连接管变形的生产事故[3]。

高压氧气管网自动控制系统技术改造后，管网压力调节更及时、更精准，满足了企业高压氧气管网严格的工艺要求及严苛的安全要求，技改结果是成功的。这次高压氧气管网自动控制系统的技术改造，是建立在本套空分装置高压氧气管网放空阀配置按照全流量(即88 000 Nm3/h)放空设计及供货的基础上的，放空阀的主要部件材质为蒙乃尔、放空阀后变径管(扩径)材质为铜合金，其他关键设备材质满足氧特殊化学性质和氧安全流速的前提下进行的，否则改造可能有不可控的安全风险。本次技术改造对原有的液氧泵转速控制、回流阀控制等联锁未做任何改变，以减少不必的干扰因素，便于对技改效果、方案更好评估和调整[4]。

同时，本次技改是以生产企业内部工艺人员为主导进行的，主要目的是为了解决生产实际中出现的问题。由于技术改造过程缺乏高层次专业技术人才的全程指导和把关，技术改造各相关专业参与类别也不全面、专业素养局限等因素的存在，问题考虑可能不够周全，系统方案可能还存在一定的瑕疵，后期还有较多需要改进完善的空间，需要相关高层次人才给与全面指导，生产管理人员、技术管理人员应继续不断地进行观察、总结、完善，以求达到更完美的效果。

3 结语

本次高压氧气管网自动控制系统技术改造项目的成功，离不开工艺包供应商和项目工程设计单位的大力支持。工艺包供应商的设计经理从技术供应商的最初设计原理方面给予本次技术改造以核查把关，保障了技改的顺利实施。