化工装置仪表空气可靠性改造

化工装置仪表空气可靠性改造

窦金澎

神华内蒙古煤焦化蒙西甲醇厂内蒙古乌海016000

摘要：化工生产装置选用ABBIndustrialIT控制系统，自动化控制水平较高，装置控制阀数量较多，主要选用无锡工装、费舍尔、萨默斯、天科特种阀门等厂家生产的控制阀，且大部分为气控阀，所以在甲醇装置生产运行过程中，如仪表空气发生故障，极易造成控制阀误动作，从而发生装置停车或其它安全事故。另甲醇各装置生产过程为连续生产，其中各工序中一个关键控制阀出现问题，可能造成装置全线停车，鉴于以上原因，仪表空气是否安全、可靠更显得特别重要，而原设计仪表空气来源稳定性、可靠性较差，仪表空气缓冲罐的容积小，为甲醇厂安全、稳定生产带来隐患。

关键词：仪表空气；化工装置；控制阀；

为保证化工装置仪表空气的可靠性，从空分装置引一路气源为装置提供应急仪表空气，保证化工装置自控仪表安全、可靠运行。

一、工业仪表历史

工业仪表最早被称为热工仪表，兴起于上个世纪30年代，用在化工、炼油、热力学和冶金领域，甚至接领域的热条件具体生产实践的过程中，通常有两种结构模型，即机械和液压式，那时的仪器主要是有巨大的体积，它的功能通常是当场完成简单的调查记录。从30年代和40年代初，在这段时间里，气动仪表，完成符合压力信号，然后与远程发射机产生类仪器。这个仪器在长二等完成仪器读数，包括检查、记录和管理多个操作工作的涵洞在中央控制室中实现。上个世纪八十年代，电子形式的全面控制的组装设备、工业仪器和现代智能系统有机联系。工业仪器的快速发展促进工业生产智能向前走，工业仪表是现代智能技术在工业实践的过程中必不可少的形式。

二、甲醇厂仪表空气设计及来源

1.甲醇厂仪表空气来自某煤化工公司焦化厂（焦化厂一期年产100万t焦炭，二期年产2X96万t焦炭），二期2X96万t/a焦化装置空气压缩站，空压站采用四台螺杆压缩机，排气量42m3/min，排气压力0.7～0.75MPa，压缩机三开一备供西来峰煤化工公司甲醇厂、二期焦化厂仪表空气及工业风，空气经螺杆机压缩经过油水分离、除油、干燥及过滤等工序后，达到设计规范要求后送至12.5m3的缓冲罐后，供各用户使用，出口压力0.68～0.7MPa。

2.根据全国化工工程建设标准编辑中心编辑的HG/T20510-2000《仪表供气设计规定》中“气源质量要求”，仪表空气应能满足以下指标：供气系统气源操作（在线）压力下的露点，应比工作环境或历史上当地年（季）极端最低温度至少低10℃；仪表空气含尘粒径≤3μm，含尘量应＜1mg/m3，仪表空气油分含量＜10mg/m3。焦化厂空压站运行中监测，仪表空气供气压力0.68～0.7MPa，露点-37.7～-41.2℃td，仪表空气粒径≤1μm，每升0.5～1μm颗粒≤20粒，含尘量＜1mg/m3，仪表空气油分含量＜1mg/m3。满足甲醇装置仪表空气的使用要求。但是，由于空压站属焦化厂管理，运行管理中，空压站属于无人值守岗位，运行人员定期巡检，极易发生出现故障发现不及时，而仪表缓冲罐容量较小，造成化工装置因仪表空气原因停车。甲醇装置投运初期，就发生过因仪表空气原因而被迫停车事故，鉴于以上原因，甲醇厂技术人员认真研究，对原仪表空气设计方案进行改造。

3.甲醇装置原设计为焦化厂空压站仪表空气送至甲醇装置100#工序仪表空气缓冲罐，仪表空气缓冲罐设计为3m3，应急情况下，在0.7MPa可供甲醇装置10～20min仪表供气，仪表缓冲罐入口为一切断阀，并在缓冲罐入口管道上设计一压力远传装置，送至装置DCS控制系统，并联锁控制切断阀，当空压站发生故障时，仪表供气压力＜0.45MPa时，切断阀紧急关闭，保证甲醇装置仪表缓冲罐内仪表空气不会反送至其它处，甲醇装置按失去仪表空气方案，紧急停车，缓冲罐内的压缩空气保证装置紧急停车使用。

4.实际运行过程中，由于仪表缓冲罐入口压力低于0.45MPa时，控制阀联锁保护才动作，并且缓冲罐容积设计为3m3，仪表空气缓冲罐储存气量不能保证全厂控制阀正常、安全停车使用。

三、仪表空气改造后的方案

1.通过实际运行发现，空压站仪表空气发生问题时，甲醇厂只能做紧急停车处理，并如发现不及时，很可能造成安全事故，并且整个甲醇装置重新启车时间较长，鉴于以上原因，甲醇厂技术人员进过认真调查、研究，制定了以下方案，并进行改造。装置，纯化系统后空气各项参数等能够满足仪表空气的技术要求，露点：-38～-40℃td。现从空分装置纯化系统后引一路气源接至给空分装置供仪表空气管路上，作为甲醇装置的紧急备用气源供气，将空压站供气切断阀PSV-0104，移至新增气源管路上，并在PSV-0104阀前、后增加手动切断阀，供甲醇仪表空气缓冲罐使用。仪表空气缓冲罐入口管道处（PSV-0104）改为手动截止阀，并增加一个逆止阀，防止仪表空气倒送。空压站仪表空气发生故障时，仪表空气压力过低时，自动切换为空分装置紧急供气，保证装置安全、稳定的连续生产。

2.空分装置空压机出口压力为0.52MPa，比正常仪表空气0.7MPa低，但能够满足控制阀对气源压力的要求，为防止仪表空气和空分压缩空气互相串气，在纯化系统后给仪表缓冲罐供气管路上加有一逆止阀，在PSV-0104切断阀前、后增加的手切阀，便于日常检查，故障检修及其他意外情况。当仪表缓冲罐入口压力＜0.45MPa时，PSV-0104切断阀正常开启，空分气源通过仪表供气管道给仪表缓冲罐补充气源，保证其他装置仪表空气的正常供给；当空压站仪表空气恢复，气源压力＞0.5MPa时，PSV-0104切断阀自动关闭，恢复至正常供气状态。

四、仪表空气系统技改

仪表空气系统主要由两台仪表空气压缩机、两个仪表空气储罐及干燥器组成，流程简图如图1所示。

图1仪表空气流程简图

1.循环冷却水增设消防水旁路。装置大修时，循环水系统需要短期停运检修、维护，仪表空气压缩机就不能运行，但是大修期间需要仪表空气和工厂空气，要保持仪表空气压缩机运行。在仪表空气压缩机循环冷却水管线上增设了消防水旁路。检修期间，可以将循环冷却水倒为消防水，以保持仪表空气压缩机持续运行。在装置运行期间，如果循环水系统发生故障而中断，空气压缩机不再提供仪表空气，将引发全厂停车，此时，若仪表空气压缩机自启动，提供停车过程中各调节阀所用空气，就可以防止事故扩大。改造后，若循环冷却水中断，可用消防水来代替，维持仪表空气压缩机持续运行，提供停车使用的仪表空气和工厂空气。

3.仪表空气干燥器增设旁路管线一期仪表空气干燥器采用无热再生吸附式，分Ａ和Ｂ两个系列。每一系列由两个罐及相关电磁阀组成，均采用连续短周期运行方式，一个罐吸附时另一个罐再生。仪表空气通过吸附时被干燥，大部分干燥空气作为产品气送往仪表空气管网，部分干燥空气返流入另一个罐，脱除罐中吸附剂在上一个周期中吸附的水分。干燥器运行期间，相应电磁阀由程序自动编程控制，定期切换进行吸附和再生，运行周期为10ｍｉｎ，操作分四步：干燥5ｍｉｎ，减压、再生255ｓ，充压30ｓ，以实现系统连续供气的目的。由于干燥器运行时间较长，电磁阀切换操作频繁，出现故障频率较高，给仪表空气管网的稳定运行带来了一定威胁。此外，干燥器的控制系统，元器件存在老化问题，虽然2015年2月装置大修期间，对Ａ系列控制系统进行了更换，但Ｂ系列仍使用原来的控制系统，运行可靠性难以得到保证。为解决以上问题，20155年３月大修时，在仪表空气干燥器的进出口增设了一旁路管线。运行期间若干燥器出现异常状况停运，现场人员可迅速打开旁路阀，以维持正常生产时所需要的仪表空气，避免仪表空气中断导致装置停车。

甲醇厂仪表空气方案改造完成后，发生多次空压站仪表空气故障事故，而空分装置仪表空气气源及时自动投入运行，避免了甲醇装置停车事故，极大提高了甲醇装置的安全、稳定运行，为甲醇厂带来了较大的经济效益。

参考文献：

[1]黄畅.浅谈化工装置仪表空气可靠性改造探讨.

[2]刘小英：探讨化工装置仪表空气可靠性改造.2017.