大型煤化工项目跨装置联锁研究与应用_牛宝玉.pdf

线，系统减负荷时若甲烷化系统双系列操作不当，很容易导致甲烷化系统两个系列负荷不均衡，且系统压力波动很大，影响甲烷化系统的安全稳定运行。年 月甲烷化系统、系列增设入口净化气联通管线后，起到了一定的平衡作用，前系统波动较小、压力稳定，甲烷化系统的操作运行也相对稳定。结束语新天煤化煤制天然气装置自原始开车以来，当空分装置一个系列停车（跳车）后，一直采用空分装置单系列化工主装置双系列运行模式。经过近年来的不断摸索与探讨、操作优化与调整，空分装置单系列化工主装置双系列 负荷生产时运行稳定，增加了化工主装置的抗风险能力与操作的灵活性，避免了化工主装置一个系列停车的风险，加之配套增设 台 液氮储罐、甲烷化系统双系列入口净化气增设联通管线等优化改进的实施，有力地保障了煤制天然气装置的安全、稳定、优质运行。收稿日期 修稿日期 作者简介 牛宝玉（），男，河南新乡人，工程师，高级技师，主要从事化工生产管理工作。大型煤化工项目跨装置联锁研究与应用牛宝玉，刘培龙，袁文章恒力石化（大连）炼化有限公司，辽宁 大连 摘 要 恒力石化（大连）炼化有限公司煤制氢联产醋酸项目生产系统工艺流程复杂、互联互通处较多，尤其是四喷嘴水煤浆气化炉作为产粗煤气的源头，若气化炉跳一对烧嘴或 台气化炉跳车等，后系统操作稍有不慎或操作失误，就会造成部分装置大减量或停车，带来较大的经济损失及安全环保风险，故很有必要开展跨装置联锁研究与应用。简介跨装置联锁的推行背景，详细介绍煤制氢联产醋酸装置工艺流程及跨装置联锁思路、跨装置联锁技术方案、跨装置联锁系统新增判断逻辑。年 月 日跨装置联锁投用后，当气化炉跳一对或两对烧嘴时，可保证炼化装置用氢需求、醋酸装置负荷不受影响，燃料气装置、甲醇装置维持最低负荷运行，实现了系统自动调整与工艺气流量自动分配，达到了预期效果，不仅避免了甲醇装置停车 开车放空造成的大气污染，而且有利于整个生产系统的安全、稳定、长周期、优质运行。关键词 煤制氢联产醋酸装置；跨装置联锁；推行背景；技术方案；新增判断逻辑；项目实施情况；效益分析中图分类号.文献标志码 文章编号 （）概 述恒力石化（大连）炼化有限公司（简称恒力石化）炼化一体化项目之煤制氢联产醋酸装置，由气化、空分、制氢甲醇、醋酸、燃料气 个车间组成，位于恒力石化厂区西北部。恒力石化煤制氢联产醋酸装置在吸收国内外先进技术的基础上做到先进、成熟、可靠 主要设备立足于国内制造（国产化率达 以上），选用的工艺、设备、自控方案先进、可靠、“三废”排放少，做到了低能耗、低污染，形成了具有鲜明特色的以煤为原料的国产化设计产能为氢气 、甲醇 、醋酸 、燃料气 、食品级 等生产技术。煤制氢联产醋酸装置有 套气化系统 单台气化炉投煤量 （干基）生产粗煤气，套 空分装置（前五套空分装置产.高压氧气供应气化系统，最后一套空分装置产.中压氧气供应恒力石化石油基乙二醇装置；空分装置配套后备系统）为气化系统提供氧气、为全厂提供氮气；净化系统包括 个系列变换系统 个系列热回第 期 年 月中 氮 肥 .DOI:10.16612/ki.issn1004-9932.2023.02.009收系统 套低温甲醇洗系统，将粗煤气中 变换为后系统所需的 并脱除、等杂质后，去 系统生产、去甲醇合成系统生产甲醇、去甲烷化系统生产（燃料气）、去 深冷分离系统分离出 （去醋酸装置与精甲醇反应生产醋酸）。恒力石化煤化工主体装置包括 套林德空分装置（六开无备）、台四喷嘴对置式水煤浆加压气化炉（五开一备）、套制氢线全变换系统（两开无备）、套甲醇线部分变换系统、套热回收系统（不设变换炉）、套林德低温甲醇洗系统（两开无备）、套华东理工甲醇合成系统及三塔精馏系统、套冷冻站（两开无备）、套 深冷分离系统、套 系统（两开无备）、套醋酸装置、套食品级 装置；燃料气装置 所产（燃料气）为配套乙烯装置用 由 套全变换系统、套部分变换系统、套林德低温甲醇洗系统、套冷冻站、套甲烷化系统组成。由于恒力石化煤化工装置工艺流程复杂（互联互通处较多），生产连贯性较强，尤其是气化炉作为产粗煤气的源头，若气化炉跳一对烧嘴或 台气化炉跳车等，后系统操作稍有不慎或操作失误，就会造成部分装置大减量或停车，由此带来较大的经济损失及安全环保风险。为避免此类事故的发生，跨装置联锁的研究与应用很有必要。跨装置联锁推行背景恒力石化煤制氢联产醋酸项目 年 月开工建设，年 月 日第一台气化炉一次投料成功（气化炉陆续投运，主要根据后系统开车用气情况而定）后，各生产系统陆续接气开车，年 月 日甲醇装置产出合格精甲醇，年 月 日煤制氢装置双系列开车成功并产出合格氢气，年 月 日醋酸装置一次投料成功并产出合格醋酸，年 月 日燃料气装置开车成功，标志着整套煤制氢联产醋酸装置全线贯通，目前整体运行情况较好，已实现达标达产。据统计，恒力石化 年全年气化炉非计划停车（两对烧嘴跳车）次，一对烧嘴跳车 次；年 月气化炉非计划停车 次，一对烧嘴跳车 次，较上年非计划停车和一对烧嘴跳车次数明显增加，原因在于 年初受大环境影响气化炉运行不稳定（主要受原料煤煤质影响）以及恒力石化老员工流动较大。为此，恒力石化煤制氢部管理人员会同生产技术部召开专题会数十次，着力从源头上排查原料煤煤质的稳定性问题以及为后系统打造强有力的防御之盾，具体而言，除了进行工艺优化、设备改进、操作调整及加强新人培训、做好运行维护等外，需在提高装置运行的平稳性（不影响向炼化装置供氢及相关生产系统的稳定运行）和安全性的前提下，通过实施先进控制优化技改（推行跨装置联锁）进一步挖掘装置自动化潜力，提升煤制氢联产醋酸装置各生产系统的操作弹性与抗风险能力，减轻操作人员劳动强度，做到事故状态下系统快速响应，避免事故进一步扩大化。跨装置联锁思路及技术方案.装置工艺流程及跨装置联锁思路恒力石化煤制氢联产醋酸装置工艺流程框图如图。其中，套低温甲醇洗系统均采用林德工艺包（套低温甲醇洗系统工艺流程基本相同，均为“两头一尾”形式 洗涤吸收单元隶属 条生产线，热再生单元共用 套系统），主要设备包括甲醇洗涤塔（）、甲醇洗涤塔（）、浓缩塔（）、热再生塔（）、甲醇 水分离塔（）、氮气气提塔（）、尾气塔（）及闪蒸罐（）、闪蒸罐（）、闪蒸罐（）。图 煤制氢联产醋酸装置工艺流程框图跨装置联锁思路：气化炉跳第一对烧嘴时，主要通过调整（降低）甲醇生产线的负荷予以应对，具体涉及“甲醇线变换系统与低温甲醇洗系统 热回收系统与低温甲醇洗系统第 期牛宝玉等：大型煤化工项目跨装置联锁研究与应用 甲醇合成系统”负荷的分配与调整；气化炉跳第二对烧嘴（可以是任何一台在运气化炉的一对烧嘴）时，主要通过调整（降低）甲烷化系统的负荷予以应对，具体涉及“全变换系统与低温甲醇洗系统 部分变换系统与低温甲醇洗系统 甲烷化系统”负荷的分配与调整；气化炉跳两对烧嘴（台气化炉跳车或 台在运气化炉各跳一对烧嘴）时，同时执行上述气化炉跳第一对烧嘴 气化炉跳第二对烧嘴后的操作调整。气化炉跳一对烧嘴时，如果故障很快排除，气化炉所跳烧嘴会带压连投，一般投料时间大概需要 ；如果是 台气化炉（两对烧嘴）跳车，一般投料时间需要 。.跨装置联锁技术方案.跨装置联锁下甲醇线调整正常生产时，恒力石化气化系统保持 台气化炉 运 行，进 甲 醇 线 变 换 系 统 的 粗 煤 气 量（）约 （标态，下同），进 低 温 甲 醇 洗 系 列变 换 气 量（）约 ，甲醇线净化气外送气量（）约 ，外送调节阀（）开度约；进热回收系统粗煤气量（）约 ，未变换气外送界区阀（）开度约，进低温甲醇洗系列 未变换气量（）约 ，未变换净化气外送气量约 ，其中未变换净化气去甲醇装置流量（）约 、外送调节阀（）开度约，未变换净化气去 深冷分离系统流量（）约 、外送调节阀（）开度约。.气化炉跳一对烧嘴时当气化炉跳一对烧嘴时，进甲醇线变换系统粗煤气量（）由 减至 ，因粗煤气量减少，为保证甲醇线变换炉催化剂床层不超温，同时满足气量分配，低温甲 醇 洗 系 列 净 化 气 外 送 调 节 阀（）开度由 关至 （最终其开度以保证甲醇线变换系统在最低负荷运行、变换炉催化剂床层不超温为准），低温甲醇洗系列、甲醇合成系统、甲醇精馏系统及空分装置作相应调整，其余生产系统微调即可（其运行基本上不受大的影响）；进热回收系统粗煤气量（）减 至 最 低 约 ，未变换气外送界区阀（）开度由 关至，低温甲醇洗系列 减负荷，未变换净化气去甲醇装置外送调节阀（）开度约由 关至，减负荷过程中要保证未变换净化气去 深冷分离系统流量（）约 不变或小幅波动（以免影响下游醋酸装置的运行）。.气化炉跳两对烧嘴时气化炉跳两对烧嘴（台气化炉跳车或 台在运气化炉各跳一对烧嘴）时，燃料气装置优先退气，保证甲醇线变换系统能够以最低负荷运行，煤 制 氢 联 产 醋 酸 装 置 通 过 外 送 调 节 阀（）开关使甲醇线外送净化气流量减至约 （此时进甲醇线变换系统粗煤气量约 ，甲醇线变换系统维持最低负荷、变换炉催化剂床层不超温）；未变换净化气去甲醇装置外送调节阀（）保留一定开度，目的是防止送 深冷分离系统气量过大导致系统超压跳车，并保证去 深冷分离系统未变换气量不变或小幅波动（以免影响下游醋酸装置运行）。.跨装置联锁下燃料气线调整正常生产时，恒力石化气化系统 台气化炉运行，进 燃 料 气 线 全 变 换 系 统 粗 煤 气 量（）约 ，进低温甲醇洗系列 变 换 气 量（）约 ，外送净化气气量（）约 ，外送调节阀（）开度约.；进燃料气线部分变换系统粗煤气量（）约 ，进低温甲醇洗系列 变 换 气 量（）约 ，外送净化气气量（）约 、外送净化气调节阀（）开 度 约.；进 甲 烷 化 系 统 净 化 气 量（）约 。气化炉跳一对烧嘴时燃料气线不用调整。台气化炉跳车或 台在运气化炉各跳一对烧嘴时，进 燃 料 气 线 全 变 换 系 统 粗 煤 气 量（）由 减至 ，低温甲醇洗 系列 外送净化气调节阀（）开度由.关至；与此同时，进燃料气线部分变换系统粗煤气量中 氮 肥第 期（）由 减至 ，低温甲醇洗 系列 外送净化气调节阀（）开度由.关至 （最终净化气外送调节阀开度以保证燃料气线变换系统在最低负荷运行、变换炉催化剂床层不超温为准）；系统气量自动调整分配后，套制氢线负荷及各阀门开度保持稳定。跨装置联锁系统新增判断逻辑（）台气化炉 、烧嘴运行信号送至制氢系统，制氢系统 画面可监视 对烧嘴的运行状态，气化炉烧嘴停运时（气化炉烧嘴运行信号丢失 则视为烧嘴停运），制氢系统 画面能看到相应报警信息；气化炉有一对烧嘴投运即认定其处于运行状态，气化炉两对烧嘴全部停运 则认定其停运。（）跨装置联锁投用的前提是气化炉“五开一备”，当 台气化炉的 对烧嘴全部投运正常后，系统将提示“请及时投用气化联动联锁！”，此时经制氢车间与气化车间、调度等确认后方可投用跨装置联锁。（）当第六台备用气化炉烧嘴投运时，气化炉运行台数变为，跨装置联锁将自动切除。（）跨装置联锁投用后，气化炉烧嘴运行数量小于 对时，触发“停一对烧嘴联锁”，并报警；气化炉烧嘴运行数量小于 对时，触发“停两对烧嘴联锁”，并报警。联锁未投用时，不会触发报警。（）跨装置联锁投用后，如果出现 台气化炉分别停了一对烧嘴也会触发“停两对烧嘴联锁”；若为 台气化炉跳停，气化炉运行台数将变为，则跨装置联锁执行之后将自动切除。（）气化车间准备减少气化炉运行台数时，应提前通知制氢车间，切除跨装置联锁，避免停气化炉过程中触发跨装置联锁。（）“气化停一对烧嘴”、“气化停两对烧嘴”信号送至燃料气装置分别用于报警和联锁。（）据跨装置联锁需要，增设 个流量控制回路用于联锁触发时的各系统流量自调：（甲 醇 线 变 换 入 工 段 流 量）（低温甲醇洗系列 出口净化气流量）（低温甲醇洗系列 出口净化气调节阀）；（低温甲醇洗系列 出口净化气去 深冷分离系统流量）（低温甲醇洗系列 出口净化气去甲醇合成系统流量）（低温甲醇洗系列 出口净化气 送 去 甲 醇 合 成 系 统 的 配 气 调 节 阀）；（燃料气线全变换入工段流量）（低温甲醇洗系列 出口净化气流量）（低