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      如何提高密閉電石爐冷卻水防泄漏系統運行可靠性


      如何提高密閉電石爐冷卻水防泄漏系統運行可靠性,為了解決密閉電石爐冷卻水防泄漏系統聯鎖功能的可靠性,防止電石爐出現漏水爆炸事故的發生,通過對冷卻水水質化驗分析、流量計旁路閥泄漏檢查、電石爐工況分析、流量計選型分析、聯鎖值合理性的討論,影響冷卻水防泄漏系統運行是冷卻水水質太差,電石爐工況太惡劣有漏電現象,流量計旁路閥關不到位泄漏及流量計選型不合理。經過逐步改善水質,消除漏電,檢修更換流量計旁路閥,*主要是選用適合電石爐工況使用的畢托巴流量計,保證了流量測量準確穩定,有效提高了密閉電石爐冷卻水防泄漏系統運行的可靠性。

      目前國內電石爐主要有開放爐、半密閉爐、密閉爐,根據容量大小分為小型爐、中型爐、大型爐,我國的分類習慣是:8000kVA以下的是小型爐;8000kVA~25000k VA的是中型爐;大于25000k VA的是大型爐。中國石化長城能源化工(寧夏)有限公司首次引進德國西馬克密閉電石爐,其生產容量為81000k VA,采用空心電極技術,有效利用了原料粉末,降低了電石成本。電石爐在生產過程中釋放大量的熱量,*高溫度能達到3500℃,這就需要合理有效的冷卻系統對設備進行降溫,通過冷卻管線負責對電石爐的電極、燒嘴等主要部件進行冷卻,介質為二級脫鹽水。電石爐冷卻水防泄漏控制系統是防止和杜絕漏水引起電石爐爆炸所采取的重要手段,并且嚴格按照安全規范(EN954-1以及EN ISO 13849-1)進行設計,提供安全的檢測方案,在有泄漏信號產生時發出報警信號及聯鎖。但由于現場工況等一系列問題的影響以及流量計選型不合理,電石爐自2013年5月開車投用后陸續出現冷卻水防泄漏系統誤報,或漏水不動作等現象,對電石爐安全穩定生產存在重大隱患。因此,只有提高電石爐冷卻水防泄漏系統的監測可靠性,才能實現電石爐長穩優運行。本文對幾起冷卻水防泄漏系統運行不穩定,影響電石爐生產事件進行調查和原因分析,并且采取了相應的解決措施。

      1 密閉電石爐冷卻水防泄漏系統、流量計簡述

      1.1 密閉電石爐冷卻水防泄漏系統

      密閉電石爐是將電能轉化為熱能的設備,這就決定了它時刻處在高溫環境下運行。為了保證電石爐長周期安全運行,循環冷卻水是不可缺少的輔助物料,作用是對電極不同部位進行冷卻降溫。為了防止冷卻管線中的冷卻水泄漏而引起爆炸等安全隱患,在裝置中增加泄漏檢測系統是一個非常重要的安全防護措施,而且方案的設計嚴格按照安全規范(EN954-1以及EN ISO 13849-1)執行。系統不僅可以提供安全的檢測方案,還能在有泄漏信號產生時發出報警信號。

      1#電石爐冷卻水防泄漏系統采用Endress+Hauser Gmb H+Co.KG(簡稱E+H公司)自動化儀表公司技術。主要實現157個冷卻水管線的泄漏檢測。其中140條管線的進口處和出口處分別安裝1個流量計,另外17條管線只在出口處安裝流量計。為了對流量計進行溫度補償,每個水分配器安裝兩個溫度計,每條管線的回流總管處分別加裝1個溫度計(為了確保測量精度以及安全性,溫度計不集成在流量計上)。控制室PLC系統負責現場儀表(渦街流量計以及溫度傳感器)的數據采集,并進行數據分析,判斷是否有管線泄漏。一旦檢測到有管線泄漏,即產生一個報警信號,送到主控制室進行聲光報警器或緊急停車控制(1#爐運行穩定),見圖1。

      系統主要功能如下:

      1)檢測冷卻管線進出口流量以及溫度信息,并送給PLC。

      2) PLC計算經過溫度補償后的冷卻管線進出口的流量,并計算出進出口的流量差值(經過溫度補償后的差值)。

      3)如果計算出的進出口流量差值超出了預先設定的*大上限,則PLC產生報警信號給相應的報警裝置(聲光報警器或緊急停車系統等)。

      4)通過監控電腦實時顯示相關檢測數據,并進行相關參數設置。

      圖1 冷卻水防泄漏控制系統  

      圖2 小漏水檢測

      圖3 大漏水檢測 

      2#~6#電石爐冷卻水防泄漏系統主要實現157個冷卻水管線的泄漏檢測,出口管線處分別安裝1個流量開關進行低流量監測(稱之為小漏水)見圖2。另外,在5個總管的進口處和出口處分別安裝1個電磁流量計進行流量差監測(稱之為大漏水),見圖3。

      圖4 渦街流量計

      圖4 渦街流量計  

      1.2 流量計

      1)由于1#電石爐冷卻水防泄漏系統控制方式采取的是支管進、出口管線流量差的報警及聯鎖,使用的流量計為渦街流量計,分別安裝在電石爐冷卻水支路管線的進口處和出口處。該渦街流量計型號:72F40-SK0AA1AAB0AW;壓力等級:PN250/Class1500;流體溫度范圍:-200℃~+400℃;公稱通徑

      2 密閉電石爐冷卻水防泄漏系統運行現狀調查

      2.1 1#電石爐冷卻水防泄漏系統運行現狀調查

      由于1#電石爐和2#~6#電石爐冷卻水防泄漏系統控制方式不同,先對1#電石爐水檢漏控制系統運行情況進行現狀調查,自2013年5月投用至今該系統運行相對穩定,只有極個別時候是由于水質太臟,將渦街流量計傳感器部件包裹淤堵,導致測量不準確,通過反吹或對流量計下線清洗就可以解決。

      2.2 2#~6#電石爐冷卻水防泄漏系統運行現狀調查

      2#~6#電石爐自2013年8月相繼投用后,冷卻水防泄漏系統頻繁出現誤報或實際漏水而不報警不聯鎖事件發生,主要表現為:

      1)電石爐水分配器回水總管流量測量值大于進水流量測量值的情況較多,電磁流量計在該工況測量誤差極大,冷卻水實際漏水時,不能真實地進行漏水報警、聯鎖。

      2)流量開關測量誤差大,內部元件長久磁鐵的活塞和彈簧容易被淤泥和雜質包裹住,測量指針在某一個值不變化。

      3 冷卻水防泄漏系統運行不穩定原因分析

      通過對電石爐冷卻水防泄漏系統運行情況進行調查,1#爐冷卻水防泄漏系統運行較穩定,2#~6#爐冷卻水防泄漏系統運行極不穩定,利用電石爐停爐檢修期間對原因進行分析。

      3.1 電石爐冷卻水水質

      由于密閉循環水管線為碳鋼材質,沒有做襯塑等處理,在該工況下長時間使用,容易形成水垢,水垢又稱硬垢、水生垢。是一種具有反常溶解度的難溶或微溶的無機鹽組成,在循環冷卻水系統中,*常見的難溶及微溶鹽類有:CaCO3、Ca3 (PO4) 2、CaSO4、MgSiO4、Zn3 (PO4) 2等。通過對循環冷卻水化驗分析(詳見表1),確定長時間運行管道的銹蝕水質濁度變大,導致循環冷卻脫鹽水指標大大降低,影響冷卻降溫效果和儀表流量監測。

      3.2 電石爐本體絕緣

      按照電石爐技術要求及質量標準,測試絕緣值不得低于5 MΩ方為合格,或用焊機達弧光測試,不以出現明火為檢驗合格[2]。但通過對電石爐本體絕緣測試, 發現電石爐絕緣效果不理想,并且電磁流量計接地電流測試都在AC302 A(詳見表2表3),甚至有時還能看到在橋架與鋼結構固定支架處打火燒紅的現象。

      3.3 流量計、流量開關選型

      由于水質差,爐本體漏電也無法解決。電磁流量計的測量原理就已經確定它不適合在強磁場和漏電場合使用,再加上水質濁度變大,酸堿度不適對電磁流量計傳感器電極污染,內襯結垢導致絕緣性能降低,影響流量計測量準確度。

      對于機械式流量開關來說,鐵銹和其他金屬雜質慢慢吸附在流量開關內部長久磁鐵的活塞表面,時間長了,吸附的金屬雜質越來越多,將長久磁鐵的活塞和彈簧包裹住,縮小了長久磁鐵活塞的活動范圍,直接影響了測量準確度。說明電磁流量計和流量開關不合適在該工況下使用。

      3.4 儀表檢修安裝質量

      現場確認電磁流量計和流量開關各部件安裝,沒有缺件,符合儀表安裝規范;同時對電磁流量計接地線、跨接線進行了排查,均符合要求。

      4 確保冷卻水防泄漏系統運行穩定解決措施

      4.1 工藝水質控制措施

      1)在循環水站增加加藥設施,添加藥劑,已達到密閉循環水指標要求。

      2)利用停爐檢修或大修機會對密閉循環水逐步進行置換,將混濁不合格的循環水排出,同時補充新鮮指標合格的循環水。

      表1 循環水化驗分析數據統計表 

      表2 電石爐絕緣監測記錄表

      表3 電磁流量計接地電流檢測記錄表 

      4.2 流量計、流量開關選型改進措施

      4.2.1 流量計選型改進措施

      通過和流量計生產廠家技術交流,協同工藝、儀表專業對現場流量計使用工況條件,聯鎖技術參數、安裝位置設計缺陷等進行技術交流確定技改方案:相關參數管徑:DN250;介質:水(含鐵屑銹的脫鹽水);溫度:38℃;壓力:0.2 Mpa~0.45Mpa;流量80m3/h~350 m3/h,帶聯鎖功能。

      經過模擬實驗決定在3#電石爐冷卻水進出口選用畢托巴流量計,規格型號為:BTB-F (250) CB1LQ-1059Y;精度為:±0.2%,該流量計存在以下優點可以克服電石爐使用環境:

      1)畢托巴傳感器都是在高精度標準風洞上從1m/s的風速到150m/s的吹風標定,且測點在管道中心區,并把標定的數據經過復雜的運算得出畢托巴傳感器的修正系數[3],從而使修正后畢托巴傳感器提取的中心流速與管道內各點流速的平均值形成對應關系(注:管道內各點流速的平均值與畢托巴傳感器提取中心流速之間的關系是以吹風數據為依據的)。

      2)因為流體力學中,流速(差壓換算成流速)和流量并不是簡單的線性關系,所以計算流量時采用分段修正的方法對所測信號進行修正。計算時將差壓變送器輸出的4mA~20mA標準直流信號分n段,用n個修正系數來修正,使畢托巴流量計傳感器在全量程范圍內保證準確度。

      3)畢托巴傳感器的獨特結構不易受磨損、雜質的影響,沒有可以活動的部件,一體化結構避免了高、低壓腔室之間的信號滲漏。

      圖6 風管模擬實驗圖  

      4)畢托巴傳感器的設計,使其不僅在流量測量上保持了高精度、高強度和大量程比,還使得管道壓損大大降低。一次測量元件畢托巴傳感器是由不銹鋼管制成,其截面積很小在介質管道中壓力損失很小,幾乎無壓力損失,使運行成本大大減小,與長徑噴嘴、孔板、機翼等節流流量測量裝置相比較,具有明顯的節能效果。

      5)對直管段要求很低,*低為前2D后1D;能夠保證安裝的確定性,特別在測量管道易結垢的介質時,不會影響測量的準確度。畢托巴流量計的可靠性、精度等級高(液體一般為0.5級),重復性好。

      4.2.2 流量開關選型改進措施

      2017年對流量開關進行技術攻關,對流量開關重新選型試用,選擇平板彈性體和霍爾傳感器原理靶式流量開關。型號:MF3F/DN40/M5K2/CLG和TGF0040FC-18T靶式流量開關,具體措施是:法蘭安裝與DW18原流量開關機械結構配合,輸出信號與SIEMENS S7-300卡件兼容,采用不銹鋼平板彈性體和霍爾傳感器,內置單片機,LCD液晶顯示流體流量,兩路2線電流輸出型電子開關,通過按鍵設置報警點,報警點邏輯可以設置為上上限、上限、下限和下下限4種邏輯。觀察治理后的流量開關線性良好,輸出穩定;離線檢查流量開關表體干凈,未見雜質淤泥包裹,達到自清潔目的。流量開關具備以下功能特性:采用霍爾傳感器,抗電磁干擾強。

      4.3 重新選型安裝后運行效果

      自2018年5月技術改造后至今,從現場歷史趨勢分析穩定性、準確性達到了96%以上(本公司要求儀表四率≥95%)。試運行后,畢托巴流量計及智能流量開關能夠有效避免因電磁干擾、管道震動、水質不達標等因素影響流量測量的準確性,保證了冷卻水防泄漏系統運行可靠穩定,杜絕了因冷卻水防泄漏系統誤動作,而導致電石爐非停事件發生。

      5 結束語

      綜上所述,通過對電石爐冷卻水防泄漏系統運行不穩定的原因進行分析,從電石爐本體安裝絕緣性能上、工藝水質、儀表選型、儀表安裝規范,有針對性地逐一提出了問題所在點,并且采取一系列行之有效的解決措施,讓電石爐冷卻水防泄漏系統運行逐步穩定。如果將以上提出的措施在實際生產工作中逐一實施解決,就會有效提高冷卻水防泄漏系統運行穩定性,避免電石爐非計劃停車和爆炸事件發生,提高了裝置長周期安全可靠運行,為企業的安全文明生產提供了有力保障。


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