TS3000在航天炉煤化工中的应用

TS3000在航天炉煤化工中的应用作者：李元华河南濮阳龙宇化工有限责任公司仪表车间引言:近年来，随着中国经济的高速发展和工业技术的不段进步，我国甲醇行业也发生了很大的变改，其制气工艺也在不断的改进和发展：从原始的优质无烟块煤常压固定床造气炉间歇式制气(50年代)，到近年来的美国GE公司的Texco水煤浆加压气化技术和荷兰壳牌公司的Shell 粉煤加压气化技术，再到最近我国第一套航天炉HT-L粉煤加压气化技术在我公司的成功投产，工艺的可控性、安全性、能耗比、经济性都在不断的改变和进步。

一、概述濮阳龙宇化工是隶属于河南永煤集团的一个化工公司，工艺改造前该公司有甲醇生产规模为年产12万吨，其装置采用天然气与煤制气联合生产甲醇工艺。

煤制气采用优质无烟煤常压固定床造气炉间歇式制气，工艺落后，冷煤气效率（即合成气含有原料煤的能量）仅50%，煤的一半能量被浪费，并污染环境。

为了适应行业的发展和配合永煤煤化工做大做强的目标，从2006年我公司和中国北京航天科技集团经过整体调研，确定由我公司承建其“首套国产粉煤加压气化示范装置产业化开发研究”项目。

目前世界上已实现工业化应用的洁净、高效煤气化技术有两种，即美国GE公司的Texco水煤浆加压气化技术和荷兰壳牌公司的Shell粉煤加压气化技术。

两种技术在国内大氮肥和甲醇行业都已经成功引进。

GE公司的Texaco水煤浆加压气化技术，由于对煤的成浆性和灰熔点特殊的要求，国内只有兖州、神府、华亭、义马、鹤岗等少数地区的煤炭可以用作其原料，难以实现原料煤的本地化，很难在全国的发电和煤化工企业推广。

壳牌公司的Shell粉煤加压气化技术，对于煤种的适应性广，但设备投资大，关键设备基本依赖进口，尤其是特殊阀门、气化炉内件和燃烧器，由于必须依赖进口，每年的备品备件费用对于一个18万吨/年合成氨厂来讲超过3000万元。

HT-L粉煤加压气化技术充分吸收了当今世界两大先进煤气化技术的优点，是在引进、消化吸收基础上的再创新。

该技术在备煤、输煤、燃烧调节系统、气化炉辐射段均采用先进的粉煤气流床气化技术；灰渣水系统、洗涤、净化则采用气体急冷流程技术。

利用北京航天动力研究所多年来在煤气化以及能源化工行业关键设备研制方面的成果，重点在原料煤本地化、工艺路线的优化、减少投资、关键设备国产化方面所做的工作。

研制了具有高效节能的煤气化技术。

HT-L技术与壳牌、德士古主要经济技术指标的比较见表：以上比较可看出，HT-L技术性能已达到目前国际上最先进的壳牌、德士古的主要经济技术指标水平。

该技术由航天科技技团自主研发，属于大型煤化工成套设备，并已获得国家专利。

濮阳龙宇化工有限责任公司承建该技术首套煤气化装置，项目投产后，使装置生产能力达到20万吨，不但实现了原料的本地化，并且吨甲醇成本可以降低400元，达到了国内外煤气化技术的先进水平。

二、航天炉的工艺特点和TS3000系统1.HT-L粉煤加压气化技术HT-L煤气化工艺的原料是干煤粉，用高压氮气或加压CO2输送入气化炉，对煤种的适用范围宽，能够以当地煤种为原料，而且碳转化率超过99％。

该工艺过程对煤的特性，例如煤的粒度、粘结性、含水量、含硫量、含氧量及灰分含量均不敏感，但对于灰熔点较高的煤如灰熔点＞1400℃须加入助熔剂(石灰石)，改变溶渣性能。

工艺流程如图-1图一气化炉体示意图如图-2图-2由于航天气化炉的工艺特征，该炉体的工作环境属于高温（1500-1700℃）高压（4MPA），由于采取了加压煤粉给料技术和灰渣水气体急冷技术，所以对整个工艺的给料系统与气化炉燃烧系统以及灰渣处理系统的相互联锁以及各自系统的保护就要求很高。

由于整个仪表控制系统中有大量的设备联锁功能（比如单个煤烧咀供料阀的联锁就将近20个，同时又相互关系），单元联锁功能（比如气化炉停车联锁、），复杂控制回路（负荷控制回路等一共11个）和顺序控制回路（比如点火烧嘴开车顺控等），而且这些控制和回路又相互联锁，以至于在煤化工行业流行这样一句话：开煤化工就是开联锁仪表系统。

只要仪表系统正常，工艺生产就很可以很好的连续进行下去。

2.TRICON TS3000系统TS3000系统的硬件核心是TRICON的三重模件冗余容错（TMR)结构的控制器。

每个主处理器：CPU32位、50MHZ,2X16M RAM,工作方式为3-2-1-0，其32位浮点协处理器的使用得到了TUV AK-6级的安全认证，系统中所有的I/O信号都经过硬件的三取二表决（如图-3所示）。

TS3000系统具有最高的可靠性和可用率，并获得了国际电工学会IEC SIL-3级和德国技术监督局TUV AK-6级安全认证。

图-3TS3000系统所用软件为TRISTATION 1131,其支持TRICON系统过程控制和安全控制等各种功能块图库，这些功能块包括：模拟输入、指数滤波、PID、超前滞后、积分、中值选择、模拟输出、气体检测器、在线监控、打印及其它TRICON特殊的功能块，比如调速控制模块、多阀控制模块等。

TRISTATION 1131提供的用户编程语音有：功能块图（PBD)、梯形图（LD）、结构性文本（ST）。

TS3000系统的主要特点：•主处理器和I/O卡件完全三重化•没有单点故障会造成系统失效•独特的I/O逻辑槽位设计（提供工作和备用两个槽位）保障故障卡件全部在线更换•CPU内浮点协处理器经过TUV六级认证•32位CPU芯片保证了系统快速运行•系统高度的自诊断覆盖率，诊断功能皆为系统内置，不需编写应用程序•所有模拟量卡件精确度高，并可以定期自动校验•主处理器和I/O卡件的更换一样方便•系统按照IEC SIL-3标准设计的基于WIN XP的编程软件使用方便，并提供离线模拟仿真•毫秒级的SOE功能将为用户的故障和事件分析提供极大帮助•灵活可变的规模将为系统的扩展提供极大的便利并有效的降低扩建成本三、TS3000系统在航天炉煤化工工艺中的应用TS3000系统代表着国际最领先的关键设备安全控制系统，它积累了TRICONEX公司多年来从事安全控制领域的经验，为我公司的航天加压气化炉的安全连续运行提供最可靠的保证。

下面就举例说明TS3000系统在濮阳龙龙宇化工HT-L粉煤加压气化技术中的应用情况：1濮阳龙宇化工所用TS3000系统的网络图图-42.濮阳龙宇化工所用TS3000系统的主要功能：⑴.模拟量处理如下图-5所示，气化炉压力31PT0086A由模拟量卡件3700A输入系统，其机架物理地址是C3S4（第三个机架的第四个槽位）第6通道，如图所示，该压力点的量程是0到6MPAG，现场4-20Ma信号经卡件转换为819-4095范围的码值进入控制系统，此时码值为2445，则对应现场的压力值为2.98MPAG,该压力点有三个报警值，分别是低报警、高报警和高高报警，对应的报警值分别是：0.1MPAG、0.3MPAG、4.25MPAG，根据用户需要设定为1报警，此刻产生的报警是高报警，那么低报警点31PT0086A -H置1，图-5中表现为变为红色。

图-5⑵气化炉整体停车保护联锁（31UZ-0010)根据气化炉的工作环境和工艺控制要求，本联锁保护提供正常运行中的紧急停车保护和投运行时的正常允许保护。

在正常运行的时候，如果没有急停条件产生，则该联锁的输出为1；如果有紧急停车条件产生，则31UZ-0010A产生一个急停信号0，该信号去后续各个联锁以及DCS系统中实现各个其他联锁设备和工段的紧急停车，实现对气化炉体和相关设备的安全保护。

在停车后如果所有联锁停车条件消失，则该联锁逻辑允许开车，在点火投运过程中如果有新的急停条件发生，则该联锁会立即输出0，终止开车程序。

该联锁程序在TS3000中的实现如图-6所示⑶煤烧咀氧气系统安全保护联锁逻辑（31UZ-0020)⑷开工烧嘴投用安全保护联锁逻辑（31UZ-0050A/B/C)⑸点火烧嘴投用安全保护联锁逻辑（31UZ-0060A/B/C)⑹气化炉吹扫联锁逻辑（31UZ-0100)⑺煤粉管线切断阀联锁逻辑（31UZ-0101A1/A2/A3)以31UZ-0101A为例，该逻辑是煤粉管线切断阀31XVS-0101的开阀关阀逻辑，当开阀命令发出后5秒内阀门开到位，而且没有其他的关阀联锁信号（比如氧阀31XSV-0040没有开到位），那么该逻辑输出一个1信号使电磁阀持续带电，则煤粉管线切断阀13XVS-0101打开。

反之则关闭。

该逻辑在TS3000系统中的实现如图-7所示图-7⑻煤粉管线三通阀联锁逻辑（31UZ-0101B1/B2/B3)⑼氧气预热器出口氧切断阀联锁逻辑（31UZ-0101C)⑽氧管线上氧切断阀联锁逻辑（31UZ-0101D)⑾煤烧咀供氧保护联锁逻辑（31UZ-0101E)⑿气化炉查泄露联锁逻辑（31UZ-0101F)⒀SOE功能TS3000系统共有16个SOE块可以选择使用，16个SOE 块可以同时记录的最大点数是6万个。

每个块可以同时采集最多2万点。

四、结论北京康吉森自动化设备技术有限公司提供的TS3000系统在濮阳龙宇化工HT-L气化炉的应用，保证了该工艺系统和设备的安全运行，并在2008年10月投产以来的历次停车中准确安全可靠的保护了工艺设备。

实践证明该系统的投用，为HT-L气化炉的正常生产，工艺优势的发挥和设备的安全保护都增添了更加全面的保障。

该系统在HT-L煤气化工艺中的使用对煤化工行业的发展和正常生产起到了重要作用，相信经过长期的经验积累，TS-3000系统在该领域的运用会更加的完善和高效。

另外，由于时间的仓促和水平能力所限，本文难免有遗漏和错误。

衷心的希望得到大家的批评和指正。

谢谢！。