李野

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154100）

水煤浆加压气化技术包括单喷嘴与多喷嘴气化炉技术，烧嘴零件在水煤浆加压气化设备中占据着极为重要的地位，它的主要工作就是运输氧气与煤浆工作与雾化工作，以此使令物料得到最大程度的混合。如今已经投入工作的水煤浆加压气化设备，气化炉的内部温度大约为1200℃左右，而压力则被分为三种等级，其分别为4、6.5 和8.7MPa。

烧嘴首部的工作温度较高，因此，为了增加烧嘴零件的使用时间，在它的首部放置了冷却水室，在其工作时，会源源不断地加入冷却水来冷却烧嘴。冷却烧嘴的冷却水通常会使用40℃、压力为2.5MPa 的脱盐水。因为烧嘴零件的工作环境为高压、高温且容易发生爆炸，所以，零件极易遭受到高温物料的冲击与有毒气体的损害等伤害，甚至还会发生火灾等安全事故。所以，烧嘴冷却水联锁保护系统的安全将会直接影响工作效率与人员安全状况。

1 烧嘴冷却水系统介绍

水煤浆加压气化设备的烧嘴冷却水工作过程如图1。

图1 水煤浆加压气化设备的烧嘴冷却水工作过程图

多喷嘴气化炉设备包括4 条相同设备的冷却管线。烧嘴冷却水泄漏一般会出现在烧嘴冷却水管头部位置，在烧嘴冷却水管线处设置多个停车连锁值，如烧嘴冷却水入口流量低停车连锁为10m3/h,烧嘴冷却水出口温度高联锁为70℃等，同时，烧嘴零件冷却水出入位置的线路上装备着测量仪，负责实时检测冷却水的温度、流量、温差等数据信息，在回水线路上还装备着CO 检测设备。烧嘴零件的冷却水出现泄漏的状况时，测量仪设备出现的数据体现为：烧嘴冷却水入口水量因为阻力上升而下降；因为高温气体入侵，烧嘴冷却水出入口的压力、温度都有所升高。出口温度响应速度较低，出入位置的流量响应速度比较快；少量泄漏的时候，进口压力、出口流量响应速度比较快，CO 监测设备也可以及时判断出仪表少量的泄漏情况。所以，冷却水是否发生泄漏的问题，可以根据上述仪器数据的改变进行评判，联锁保护体系也会依据联锁设置自动进行关闭冷却水出入阀等命令。

2 烧嘴冷却水联锁保护方案

水煤浆气化技术是从20 世纪末期从国外引入中国的，迄今为止，此技术已经在我国有了20 多年的历史。而在此技术用于工业化的过程中，许多客户都在持续不断地对烧嘴零件的冷却水保护系统进行更进一步的完善，同时，也制定出了许多联锁保护方法。下面深入对比部分厂家如今推行的联锁方法，以此得出最佳的联锁保护方式。

2.1 四选二联锁

初期的水煤浆气化设备内烧嘴冷却水联锁保护使用的是冷却水出口温度高高、入口压力高高、出口流量高高、入口流量低低的四选二联锁。4 项数值中有2 项与联锁值不符合，联锁保护是进行关闭系统出入口阀门与停车的行为（多喷嘴的气化炉设备是只关闭触发联锁的烧嘴零件的冷却水出入阀门）。但是，这种联锁保护只适合那些烧嘴前部或烧嘴线路受损的状况，如果冷却水泵受损受其他方面的影响而造成断水时，就不能及时进行保护。

2.2 单参数三选二联锁

冷却水单参数三选二联锁，其参数——入口流量低低三选二、入口压力高高三选二、出口流量高高三选二与入口压力高高三选二联锁，如果其中一个数据联锁触发，则系统会进行关闭烧嘴设备的冷却水出入阀门并停车的行为。

上述联锁保护方法的长处为:如果水泵受损不打量或因为受到其他方面的影响而断水时，入口流量低低三选二会引起联锁，而降低了四选二联锁缺点的影响。

上述联锁保护方法的问题为：所有数据都需使用实际仪表测点与SIS 点数，这也增加了成本投入，特别是针对多喷嘴的气化炉设备，需要加入的仪器比较多，导致布置工作环境时极为不便利。

2.3 四选二与进出口流量差联锁

以冷却水四选二联锁为基础，再加入冷却水进出口流量差高高联锁设备，如果发生四选二联锁或进出口流量差时，系统会立刻进行关闭烧嘴装置的冷却水出入位置的阀门与停车的行为。

上述联锁保护方法的优点为：不需要加入仪表测点与额外的成本投入，并且可以快速地触发联锁。上述联锁保护方法的问题为：出入位置的流量计是单表，如果某台流量计发生设备故障问题，很容易因为出入位置的流量差而引发联锁停车，从而导致气化炉设备误停车的风险增加。

2.4 单参数联锁

烧嘴冷却水系统单参数联锁一共包含的4 个单参数，分别是进口时的流量低低、出入口温度差高、出入口流量差高、出口时的温度高高。这四个参数中的一个参数在受到触发后，就会立即使联锁保护系统进入工作状态，紧接着，立即将工艺烧嘴冷却水的进出口阀门关闭并且停止所有的工作。该方案的实行不需要花费大额的投资、降低投资风险等。此外，该方案还有一个优势，就是在遇到风险的时候，触发联锁响应机制能够迅速地做出反应，以便相关工作人员能够及时地解决问题。但是，从实际操作的角度考虑，上述优势都存在一定的失败的风险，因此，相关工作人员在设计该方案的时候应提前优化仪表以及工作回路，提高设备抗风险等级，以此避免问题的发生。

3 联锁优化改进方案

3.1 增设应急柴油发电机组

由于事故烧嘴冷却水泵的EFS 无法满足冷却水泵的正常需求，因此，把旧EPS 电源设备废弃，加入1台功率500kW、电压400V、HLGF-500 型的柴油发电机组和400 Ⅴ电源切换柜1 面、400V 电源馈出线柜1 面与控制屏的独立事故电源。柴油发电机组是变电所0 段母线的备用电源，也可以确保在市电失电后水泵、空压机油泵、甲醇压缩机油泵的正常供电。当市电失电时，LCD 屏幕开始开机倒计时，预热完成后，继电器进行输出，柴油发电机组发动完成后，则为安全工作阶段。发电机组正常工作时，如果市电正常，则进入电压延时，后再依次进行停机延时与高速散热延。

3.2 烧嘴冷却水泵改为全电压直接启动

在原配电柜内改造2台烧嘴冷却水泵，把回路内 的SM40R-630/32082、SC1-500A 型 接 触 器、QB52-200 型软启动器等设备拆除；空气开关增容调整为ABB T6S630 MA630/3150-6300630A 开关，接触器增容调整为ABB AF580-30-11800A 型。依据开关、接触器的安装需求，改变固定支架，使用开关至刀闸、接触器至开关、接触器至电机的分支母排，调整电流互感器、分支母排、电缆等设备。把控制电器的方法由软启动调整为全电压直接启动。经过优化配后电柜内设备简洁，电器元器件间的空间也有所增大，大大提升了配电柜的冷却状况，增强了电气设备的工作安全性 。

3.3 DCS 组态优化烧嘴冷却水泵工作状态

以烧嘴冷却水泵满足供水压力低为基础，使用DCS 组态，同时，加入供水压力低备用泵自启动联锁回路。把预先备用的自启动联锁调整为二选一控制，如此不论哪个自动状态下的烧嘴冷却水泵，在面对供水压力低或主泵暂停工作的情况时，都可以确保备用泵的及时打开。

此外，使用DCS 组态把2台烧嘴冷却水泵回路的接触器常闭接点串联进供水压力低事故烧嘴自启动联锁回路中，只要烧嘴处于工作状态下，且冷却水泵为停车状态，就可以确保事故烧嘴冷却水泵的及时发动。

4 结语

在对烧嘴冷却水系统联锁保护方案进行优化后，不仅可以将传统四选二联锁方案的缺陷有效克服，同时，也没有带来投资与硬件测点的增加，防护效果也得到了较好提升。在未来的技术应用和研发过程中，对于烧嘴冷却水联锁保护方案，可优先选择使用“四选二联锁+出口流量低低联锁”的方式，同时，在使用的过程中，还应当保护好烧嘴头部，严格按照要求进行维修与采购。