空分-气化氧气管网的联锁保护方法与流程

本发明涉及联锁保护技术领域，具体地涉及一种空分-气化氧气管网的联锁保护方法。

背景技术：

近几年，大型石油化工和煤制油化工装置在国内快速建设，以煤制油化工为例，煤化工目前的发展方向主要有煤制合成氨、煤制乙醇、煤制烯烃、煤制油、煤制气等。对于煤化工来说，前段工序中的空分装置和气化装置必不可少，其中，空分装置用于从大气中抽取空气进行低温分离制取氧气和氮气，氧气供气化反应用，氮气用于系统和管线吹扫等；在气化装置中，原料煤经过棒磨机制成合格的料浆后，通过高压煤浆泵加压送入气化炉，与氧气在气化炉反应室内发生气化反应，生成以co、h2、co2为主要成分的粗煤气。

大型石油化工和煤制油化工项目中往往配置了多系列、多套大型空分装置，气化装置配置了数量庞大的气化炉生产合成气，使得系统结构极其复杂，系统与系统之间、系列与系列之间、装置与装置之间相互关联度非常高，空分装置、气化装置越来越往大型化发展，一般需要在装置内部设置联锁系统保护设备安全运行，联锁点较多、联锁系统较为完善，某一联锁点误动作或者仪表、电气问题均有可能导致液氧泵、氧气输出系统故障或者空分装置跳车，然后引起气化炉供氧量下降，需要及时联锁介入降低耗氧量，若操作不及时导致多套空分装置联锁停车，气化炉大面积停车，最终将导致系统大幅度降负荷操作运行的恶劣工况，因此空分装置与气化装置之间的联锁保护显得尤为必要。

技术实现要素：

本发明为了实现空分装置与气化装置之间的联锁保护，提供了一种空分-气化氧气管网的联锁保护方法。

本发明技术方案如下：

空分-气化氧气管网是建立在空分装置组与对应的气化装置组之间的氧气管网，所述空分装置组通过所述氧气管网向对应的气化装置组供氧；

所述空分-气化氧气管网的联锁保护方法包括：

根据空分装置的跳车信号降低气化装置组的工作负荷，同时启动后备供氧系统继续供氧；

在所述空分-气化氧气管网中的气体压力/流量达到预设压力值/流量值时，延迟预设时间触发联锁，并对所述气化装置组中的气化装置按照预设的停车优先级逐步停车。

优选地，所述空分装置组中包括有至少一个空分装置；

所述空分装置组中通过各空分装置的供氧管线组成的供氧管网互相连通，不同的空分装置组的供氧管网互相独立。

优选地，每个空分装置组配置有一个后备供氧系统，且所述后备供氧系统的供氧管线与其对应的空分装置组的供氧管网连通。

优选地，所述后备供氧系统为液氧泵。

优选地，所述气化装置组中设置有至少一个气化装置，所述气化装置包括气化炉；

所述气化装置组中的各气化炉通过进氧管线与所述空分装置组的供氧管网连通。

优选地，所述根据空分装置的跳车信号降低气化装置组的工作负荷，包括：

当接收到任意一个或多个空分装置的跳车信号时，向对应的气化装置组发送降负荷指令。

优选地，所述空分装置组和所述气化装置组通过交换机实现通信连接，所述交换机连接有处理器，所述交换机用于将空分装置组和所述气化装置组的工作信号发送到所述处理器，供所述处理器处理。

优选地，所述处理器连接有指令输入模块，当接收到所述空分装置的跳车信号后，根据所述指令输入模块输入的降负荷指令向一个或多个所述气化装置发送降负荷信号。

优选地，所述自所述空分-气化氧气管网中的气体压力/流量达到预设压力值/流量值后，延迟预设时间触发联锁，包括：

获取所述空分-气化氧气管网中的气体压力/流量信号，并判断该气体压力/流量是否达到预设压力值/流量值；

当所述空分-气化氧气管网中的气体压力/流量达到预设压力值/流量值时，以达到第一预设压力值/流量值的时间点为起点，延迟预设时间触发联锁。

优选地，所述对所述气化装置组中的气化装置按照预设的停车优先级逐步停车，包括：

根据空分装置的跳车信号获取预设的停车顺序表，所述停车顺序表中设置有按优先级排序的气化装置的停车顺序；

根据所述停车顺序表控制各气化装置逐步停止运行。

根据上述技术方案，通过在空分装置跳车后启动后备供氧设备继续供氧，降低物料消耗的速度，并且，当氧气管网中的高压氧气压力/流量达到预设值时，延迟预设时间触发联锁，将气化装置组中的气化装置按事先设定好的停车优先级顺序逐步停车，逐步降低气化装置的高压氧气消耗，通过本发明提供的方法，能够防止因空分装置或后备供氧设备在非计划停运时，造成高压氧气中断的情况，提高供氧系统的稳定，避免气化装置大幅度降负荷或大面积停车。

附图说明

图1是空分-气化氧气管网的连接示意图；

图2是空分-气化氧气管网的联锁保护方法的流程示意图；

图3是实施例中空分-气化氧气管网的联锁保护方法的原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

在大型煤化工系统的空分装置发生故障的情况下，利用联锁保护系统对空分装置和气化装置之间的高压氧气管网的工艺条件进行调节，通过对高压氧气的用量进行自动调配，实现空分装置与气化装置的高压氧气平衡，防止空分装置在非计划停运时，造成高压氧气中断，导致全系统发生大幅度降负荷或大面积停车的情况，从而将系统的不稳定因素降低到最小。

为实现空分装置与气化装置之间的联锁保护，本发明提供了一种空分-气化氧气管网的联锁保护方法，如图1所示，该空分-气化氧气管网是建立在空分装置组与对应的气化装置组之间的氧气管网，氧气管网中流通的物料为高压氧气，所述空分装置组通过所述氧气管网向对应的气化装置组供氧，同时，氧气管网联锁保护系统用于对该氧气管网进行联锁保护。在实际应用中，空分装置用于从大气中抽取空气进行低温分离制取氧气和氮气，氧气通过氧气管网送入气化装置中供气化反应用，氮气用于系统和管线吹扫等；在气化装置中，原料煤经过棒磨机制成合格的料浆后，通过高压煤浆泵加压送入气化炉，并在气化炉反应室内与氧气发生气化反应，生成以co、h2、co2为主要成分的粗煤气。

在本发明方案中，所述空分装置组中包括有至少一个空分装置。所述空分装置组通过各空分装置的供氧管线组成的供氧管网互相连通，不同的空分装置组的供氧管网互相独立。每个空分装置组配置有一个后备供氧系统，且所述后备供氧系统的供氧管线与其对应的空分装置组的供氧管网连通。优选地，所述后备供氧系统为液氧泵。

所述气化装置组中设置有至少一个气化装置，所述气化装置包括气化炉。所述气化装置组中的各气化炉通过进氧管线与所述空分装置组的供氧管网连通。空分装置组的供氧管网与气化装置组的进氧管网共同构成高压氧气管网。

基于上述设置，如图2所示，本发明实施例提供的空分-气化氧气管网的联锁保护方法，包括以下步骤：

步骤s1、根据空分装置的跳车信号降低气化装置组的工作负荷，同时启动后备供氧系统继续供氧；

步骤s2、当所述空分-气化氧气管网中的气体压力/流量达到预设压力值/流量值时，延迟预设时间触发联锁，并对所述气化装置组中的气化装置按照预设的停车优先级逐步停车。

在本发明方案中，在空分装置跳车后启动液氧泵等后备供氧设备继续供氧，当氧气管网中的高压氧气压力/流量达到预设值时，延迟预设时间后联锁自动介入，将气化装置组中的气化装置按事先设定好的停车优先级顺序逐步停车，逐步降低气化炉的高压氧气消耗。本发明提供的方法通过对高压氧气物料进行静态平衡和动态平衡核算，保证空分-气化联锁物料管网的稳定可控，能够防止因空分装置或后备供氧设备在非计划停运时，造成高压氧气中断的情况，提高供氧系统的稳定，避免气化装置大幅度降负荷或大面积停车。

本发明中所述的联锁介入主要是指在预先设定的温度、压力和流量情况下，联锁系统自动干预，不受人为控制；需要说明的是，在达到设定的联锁条件前，还可以采用全厂调度协调或人为操作的方法对气化装置降负荷，维持氧气管网中高压氧气流量的平衡，不触发全厂联锁保护系统，人为操作的时间取决于系统的缓冲能力，如果人为干预达不到目的，即高压氧气的压力/流量已经达到某一特定数值时，就必须让联锁系统自动干预，避免发生多组空分装置因物料不平衡跳车、多组气化炉因管网氧气量不足停车，及至引发全厂系统大幅度降负荷或大面积停车。

在本发明实施例中，步骤s1所述的根据空分装置的跳车信号降低气化装置组的工作负荷，具体包括：当接收到所述空分装置组中的任意一个或多个空分装置的跳车信号时，向对应的气化装置组发送降负荷指令。

具体地，所述空分装置组和所述气化装置组通过交换机实现通信连接，所述交换机连接有处理器。所述交换机用于将空分装置组和所述气化装置组的工作信号发送到所述处理器，供所述处理器处理。所述处理器连接有指令输入模块，当接收到所述空分装置的跳车信号时，根据所述指令输入模块输入的降负荷指令向一个或多个所述气化装置发送降负荷信号。

其中，空分装置组和气化装置组的工作信号包括：空分装置的跳车信号、液氧泵运行信号、供氧管网的压力信号/流量信号、高压氧气送出阀开关信号、进氧管网的压力信号/流量信号、空分-气化联锁的旁路开关，以及停车信号等，处理器根据上述工作信号设置联锁触发条件，防止误触发联锁，同时，还可以给人工降负荷操作提供一定的缓冲时间，避免出现多个空分装置跳车或者多个液氧泵跳车，最终导致多个气化炉大面积停车的后果。

进一步地，步骤s2中所述的当所述空分-气化氧气管网中的气体压力/流量达到预设压力值/流量值时，延迟预设时间触发联锁，具体包括：

获取所述空分-气化氧气管网中的气体压力/流量信号，并判断所述空分-气化氧气管网中的气体压力/流量是否达到预设压力值/流量值；

当所述空分-气化氧气管网中的气体压力/流量达到预设压力值/流量值时，以所述空分-气化氧气管网中的气体压力/流量达到第一预设压力值/流量值的时间点为起点，延迟预设时间触发联锁。

进一步地，步骤s2中所述的对所述气化装置组中的气化装置按照预设的停车优先级逐步停车，包括：

根据空分装置的跳车信号获取对应的停车顺序表，所述停车顺序表中设置有按预设优先级进行排序的气化装置的停车顺序；

根据所述停车顺序表控制各气化装置逐步停止运行。

在本发明实施例中，根据气化装置的实际运行工况预先设定停车优先级，当触发联锁条件后按照该停车优先级顺序逐步停运气化炉。气化炉停运顺序实际是根据与空分装置组对应的气化炉运行优劣情况以及相关电气、仪表故障情况进行设定，对于此优先级，技术人员随时可以在安全可控的条件下根据气化炉运行情况进行更改，例如，将需要检修的气化炉设置为跳车最高级。

在大型煤制油项目中，通常设置有多个空分装置组和多个气化装置组，如图2和图3所示，空分装置组(包括空分装置a1、空分装置a2......空分装置an，其中，n为不小于1的正整数)为对应的气化装置组(包括气化炉b1、气化炉b2......气化炉bm，其中，n为不小于1的正整数)提供氧气。示例性的，第一空分装置组为b1-b14号气化炉供氧，第二空分装置组为b15-b28号气化炉供氧，同一组的空分装置的供氧管线互相连通，构成供氧管网，不同组的空分装置的供氧管网互相独立。在同一组供氧管网中，正常工况下一台空分装置给两台气化炉供氧，单台空分装置的氧气产量为100500nm3/h，总氧气产量为1201200nm3/h，每组空分装置都配置有一套后备供氧系统，例如液氧泵等，其泵氧能力为101500nm3/h，与一台空分装置的氧气产量相当，一般一台液氧泵供氧气8小时以上。

当有空分装置跳车，且高氧气管网的压力/流量达到预设值时，延迟一定时间启动联锁保护，按照优先级停运对应的气化炉。下面通过两个具体的实施例对本发明方案进行具体阐述。

实施例1

当第一空分装置组中的任意一台空分装置(例如a1)跳车时，触发如下联锁动作：

(1)将该台空分装置的跳车信号反馈到b1-b14号气化炉的控制界面，在该控制界面人工输入降负荷指令，无条件将b1-b14号气化炉的工作负荷降至37000nm³/h；

(2)启动与该第一空分装置组对应的液氧泵；

(3)若所述液氧泵因故未启动，延迟5～10s，再按照预设的停车优先级将2台气化炉停车，即根据b1-b14号气化炉的停车顺序表，将处于第一停车优先级和第二停车优先级的两台气化炉停车；

(4)若所述液氧泵正常启动，检测高压氧气管网中的气体压力是否达到5.6mpa，当高压氧气管网中的气体压力达到5.6mpa时，延迟5～10s，再按照停车顺序表将处于第一停车优先级的气化炉停车；

(6)检测高压氧气管网中的气体压力是否达到5.4mpa，在高压氧气管网中的气体压力达到5.4mpa后，延迟5～10s，再按照停车顺序表中将处于第二停车优先级的气化炉停车。

实施案例2

当第一空分装置组中的任意两台空分装置(例如a1、a1)同时跳车时，触发如下联锁动作：

(1)将该两台空分装置的跳车信号反馈到b1-b14号气化炉的控制界面，在该控制界面人工输入降负荷指令，无条件将b1-b14号气化炉的工作负荷降至37000nm3/h；

(2)启动与该第一空分装置组对应的液氧泵；

(3)检测高压氧气管网中的气体压力是否达到5.6mpa，当高压氧气管网中的气体压力达到5.6mpa时，延迟5～10s，根据b1-b14号气化炉的停车顺序表，将处于第一停车优先级的气化炉停车，再延迟5～10s，将处于第二停车优先级的气化炉停车；

(4)检测高压氧气管网中的气体压力是否达到5.4mpa，当高压氧气管网中的气体压力达到5.4mpa时，延迟5～10s，将处于第三停车优先级的气化炉停车，再延迟5～10s，将处于第四停车优先级的气化炉停车，依次类推。

根据本发明方案中，在空分装置跳车后启动后备供氧设备继续供氧，当气化装置的高压氧气供气量达到预设值后启动联锁保护，按事先设定好的停车顺序，逐步降低气化装置的高压氧气消耗直至气化装置停运，能够防止因空分装置或后备供氧设备在非计划停运时，造成高压氧气中断的情况，提高供氧系统的稳定。并且，本发明方案中根据空分装置的跳车信号、液氧泵运行信号、氧气管网的压力信号/流量信号、空分-气化联锁的旁路开关，以及按停车优先级设定的停车信号等作为联锁条件，防止误触发联锁。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。