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煤气脱氯系统的测量仪表与电气控制

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 摘要:介绍了煤气脱氯系统电气设计中仪表的种类、设计时选型的要点和系统的主要电气控制方法。

 
引   言
        高炉生产中由于煤的燃烧和铁矿石的冶炼会产生大量腐蚀性气体,气体遇水后生成的物质对设备和管道具有很强的腐蚀性。对煤气管道腐蚀性最强的当属其中的氯离子,氯离子在水中容易与氢离子结合形成酸,有极高的极性促进腐蚀反应,又有很强的穿透性,容易穿透金属表面的保护膜,造成缝隙腐蚀和孔蚀。联峰钢厂长期使用澳大利亚进口矿石和煤,铁石的品位和煤的燃烧值都较高,有着较高的经济效益,但原料中的氯元素含量较高,煤气长期呈酸性,对煤气管道的腐蚀特别严重,管道半年左右就会因腐蚀而泄漏,需要经常检修和焊补,严重时会影响到高炉生产和设备、人身安全。大峘集团有限公司针对这一难题开发出一套去除煤气中氯离子的洗涤系统。
 
1  脱氯系统简介
        该项目是联峰钢厂新建1080m3高炉的配套工程,高炉煤气经 TRT 后,通过脱氯装置洗涤完毕后接回高炉煤气总管。来自 TRT 的高炉煤气由洗涤塔下部进入洗涤塔内,下层喷枪组向洗涤塔内喷大量雾化循环水将高炉煤气中的氯离子部分洗入水中,中层喷枪组向洗涤塔内喷大量雾化碱液与软化水的混合水,高炉煤气中的氯离子等酸性物质与碱液发生中和反应,将煤气中的氯离子清除,工业新水清洗高炉煤气同时降温,高炉煤气再经过塔上部的填料除机械水后,煤气从洗涤塔顶部出来入主管网。配软化水的脱氯工艺是当今较先进的煤气脱氯工艺。
 
2  系统控制
2.1  测量仪表控制
   洗涤塔内喷淋水通过重力回水,流入循环水池,经循环泵再送至洗涤塔循环使用。为防止循环池内的循环水氯离子含量增大,循环池内循环水需部分外排,同时不断补充工业新水进行置换。脱氯设备安装于高炉煤气管道上,本系统主要是煤气管道和水路管道。煤气管道气体腐蚀性强,液体介质也多数呈酸性或碱性,仪表多位于煤气区域,所以为了保障系统的稳定可靠运行,仪表的选型特别关键。系统中测量仪表种类较多,有流量计、热电阻、压力变送器、液位开关、液位变送器、 CO 报警器、pH 计等,
 
如图1所示。下面分别介绍在项目设计阶段各种仪表的选型要点。
测量仪表流程图
2.1.1  电磁流量计
         电磁流量计主要用于测量软化水、工业新水、循环水、废水的排放流量,流量计安装于煤气区域,需选用防爆型。此外流量计还需考虑电极材质和衬里材质,电极材质选用哈氏合金,适用于弱酸、弱碱、海水、盐水等场合;衬里材质选用聚四氟乙烯 PTEF ,它是塑料中化学性质最为稳定的一种材料,能耐沸腾的盐酸、硫酸、硝酸和王水,以及浓碱和各种有机溶剂,聚四氟乙烯在工作压力下不会变形。在安装时,法兰连接螺钉应均匀拧紧,如果用力不均,聚四氟乙烯管的翻边容易压坏,因此,安装时最好用力矩扳手均匀地拧紧连接螺栓,安装的位置应避免振动和电磁干扰,同时保证流量计前、后直管段的距离符合安装要求。
 
2.1.2  热电阻
        主要用于测量软化水、工业新水、循环水、回水及煤气进出口介质温度,热电阻安装于煤气区域,选用防爆型 WZP - 240 系列,由于水中含有沙粒和小金属颗粒,保护管选用耐磨型材质。安装时为了使热电阻的测量端与被测介质之间有充分的热交换,应合理选择测量点的位置,尽量避免在阀门、弯头及管道和设备的死角附近装设热电阻,热电阻安装的位置同时应考虑检修和维护方便。
 
2.1.3  压力变送器
        压力变送器主要用于测量软化水、工业新水、循环水、回水及煤气进出口介质压力,测压点位于煤气区域,选用防爆型产品。安装时应区别测量气体和液体:测量气体压力时,取压点应在工艺管道的上半部,测量液体压力时,取压点应在工艺管道的下半部与工艺管道的水平中心线成0°~45°夹角的范围内。 压力变送器安装位置应光线充足,操作和维护方便,不宜安装在振动、潮湿、高温、有腐蚀性和强磁场干扰的地方,否则会严重影响测量结果和变送器的寿命。压力变送器安装位置应尽可能靠近取源部件。变送器的安装高度宜与取压点高度一致,尤其是测量液体介质和气体介质。
 
2.1.4  液位开关
        主要测量软化水池、新水池、循环水池的高低液位。液位开关测量水池液位,选用浮球式液位开关,高低液位分别设两档,用来监测水池的液位状况并控制进出口泵的启停,液位开关本体材质选用 316L不锈钢,防爆。安装采用水池顶部法兰安装,由于液位开关浮球杆较长,为了防止在水流冲击时产生晃动,需在水池底部再加设一固定点,以确保液位开关使用过程中的可靠。
 
2.1.5 CO 报警仪
        泵房和控制室装设 CO 报警仪,用来测量该区域的 CO 浓 度。选用 固 定安装式,量 程 0~2000ppm , DC24V供电,带远传信号接至PLC,设定高于50ppm 报警。
 
2.1.6  液位变送器
        液位变送器用来测量洗涤塔水的液位。因为洗涤塔内通煤气,有压力,所以不能直接测洗涤塔的液位,采用双法兰液位计,上、下法兰分别安装于洗涤塔的上、下部,上部与煤气相通,下部连接塔内液体,法兰测压膜片通过毛细导压管与变送器相连,这样测出来的值可以消除煤气压力对液位的影响。
 
2.1.7 pH 计
        pH 计用来测量洗涤后煤气冷凝水的 pH 值,可以反映煤气喷淋洗涤的效果。 pH 计安装于疏水器出口,pH 计包括水分析变送器、pH 数字电极和电极电缆三部分;pH计选用进口品牌产品,订货时需考虑供货时间周期问题。 pH 数字电极安装后必须保持管道处于有水状态,不能断水,否则电极会失效,所以应该等设备调试完生产前再将电极安装就位;电极属于消耗件,为了保证测量精度,半年左右需更换。
 
2.1.8  注意事项
        洗涤塔和煤气管道施工完成后需进行打压试验,合格后方可接入主煤气管道;取源部件安装在设备或管道上,安装取源部件的开孔和焊接工作必须在设备或管道的防腐、衬里和压力试验前进行,完毕后应随同设备和管道一并进行压力试验。
 
2.2  电气控制
2.2.1  冷凝水pH 值控制
        目标值是将冷凝水PH 值控制在中性稍微偏碱性一点,碱液泵选用计量泵,通过调节碱液泵的流量,控制碱液的喷淋量,达到煤气脱氯洗涤的效果。设备运行中从碱液泵的调节到冷凝水 PH 值的变化时间较长,大约需要 1h 左右,控制时调节的时间需要长一点,防止由于加碱量的频繁变化造成冷凝水pH 值的波动。
 
2.2.2  煤气阀门控制
        系统设水封切断阀1台,设在高炉煤气主管网,洗涤塔进出口处设电动蝶阀和电动盲板阀各1台及盲板各1台。当高炉煤气脱氯系统故障时,打开主管网处水封切断阀,关闭洗涤塔进出口处电动蝶阀和电动盲板阀,高炉煤气即可从主管网通过。煤气的阀门设有联锁装置,关闭一路管道时需确保另一路煤气管道处于通路状态,防止发生煤气堵管。
 
2.2.3  液位控制
        软化水池、新水池、循环水池装设有液位开关,根据工艺要求设置有高、高高、低、低低四档液位,通过液位开关来控制给水及排水泵运行,保证水池液位处于正常液位。
 
3  结束语
        经过与工艺部门的密切配合,精心选择各类仪表的规格和型号,生产时仪表能很好地满足现场工况环境和生产要求,测量值准确可靠,从而保证了系统可靠稳定运行。近些年公司在联峰钢厂已先后完成了 5 套煤气脱氯项目,有的属于新建高炉的配套项目,有的属于原有高炉的改造项目,从目前运行状况来看,煤气出口冷凝水的 pH 值基本能控制在7~7.2之间,保持弱碱性状态,煤气管道的腐蚀状况大有改善,有效地保障了高炉的正常运行。

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