一种焦化行业热值仪全自动实时采样系统及方法与流程

1.本发明涉及焦化行业热值仪采样技术领域，特别涉及一种焦化行业热值仪全自动实时采样系统及方法。


背景技术：

2.煤气热值指的是煤气经过完全燃烧后释放出来的热量，是煤气最重要的质量指标。焦炉煤气作为焦炉加热的主要气源，其热值的大小对焦炉温度影响巨大，而焦炉温度是影响焦炭产量和化学产品产率的重要因素，因此准确实时地测量焦炉煤气热值对优化燃气配比和焦化生产有着重要的意义。焦炉煤气的热值测量有很多方法。一般可以分为两类：一类为直接法，另一类是间接法。直接法通过将煤气经过过滤、净化、稳压等预处理后，送入燃烧室燃烧计算出热值。间接法是指通过检测焦炉煤气中的气体组分来推算煤气热值。由于直接法的准确率和实时性更高，因此直接法被广泛采用，目前市面上多数热值仪均采用直接法。但是在实际的测量过程中，热值仪对安装地点要求较高，一般配备单独的热值仪室，造成采样管路过长。由于热值仪用气量很小，且焦化反应速度慢，传统方法的采样管路中存有较多采样气源，导致热值测量存在较大时滞。特别是用于燃气配比时存在严重滞后，无法满足实时控制要求，影响焦化生产。


技术实现要素：

3.为了解决背景技术提出的技术问题，本发明提供一种焦化行业热值仪全自动实时采样系统及方法，根据焦化企业中焦炉煤气管道和荒煤气管道位于同一管廊上的现场实际情况，利用荒煤气与焦炉煤气的管路压差作为动力源建立流动管道，在此管道上进行气源取样，并给出了采样传送滞后时间的计算公式，降低了采样时滞。
4.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
5.一种焦化行业热值仪全自动实时采样系统，包括焦炉煤气管道、荒煤气管道、热值仪、采样管路和第一差压变送器；第一差压变送器安装在焦炉煤气管道和荒煤气管道之间的差压检测管路上，用于检测焦炉煤气管道与荒煤气管道之间的压差。
6.所述的采样管路包括流动管路和室内采样管路；流动管路的入口连接焦炉煤气管道，出口连接荒煤气管道；流动管路的中间段位于热值仪室内，与位于热值仪室内的室内采样管路的入口相连，室内采样管路的出口连接热值仪。
7.在所述的采样管路上，流动管路的入口设置有流动管路入口控制电动球阀，流动管路的出口设置有流动管路出口控制电动球阀；室内采样管路上设有采样控制电动球阀。
8.在所述的采样管路上，流动管路的入口与出口之间还设有第二差压变送器，用于检测采样管路的出入口之间压差。
9.所述的采样管路还包括吹扫管路，吹扫管路入口连接蒸汽管路，出口连接采样管路的流动管路部分，在吹扫管路上还设置有吹扫压力变送器和吹扫控制电动球阀。
10.所述的采样管路还包括排液管路，排液管路入口连接采样管路的流动管路部分，
出口连接积液罐。
11.以上所述的采样管路包括两条，两条采样管路结构相同，互为冗余。
12.以上所述的一种焦化行业热值仪全自动实时采样系统的方法，包括如下：
13.1)采用流动采样方式，在流动管路上采样，研究采样大时滞问题，具体如下：
14.采样传送滞后时间计算如下：
15.取样点至热值仪室部分的流动管路容积v1为：
[0016][0017]
其中d1为流动管路管径，l1为取样点至热值仪室部分流动管路长度；
[0018]
室内采样管路容积v2为：
[0019][0020]
其中d2为室内采样管路管径，l2为室内采样管路长度；
[0021]
则采样传送滞后时间t为：
[0022][0023]
其中f1为流动管路流量，f2热值仪样气消耗速度；采样传送滞后时间t应小于现场规定的时滞时间ts。
[0024]
2)煤气采样和蒸汽吹扫的自动控制方法，具体如下：
[0025]
所述采样管路有采样工作、吹扫工作、停止三种状态，采样工作状态：计算机控制系统打开流动管路入口控制电动球阀、流动管路出口控制电动球阀、排液控制电动球阀，采样控制电动球阀，关闭吹扫控制电动球阀；吹扫工作状态：计算机控制系统关闭排液控制电动球阀、采样控制电动球阀，开启吹扫控制电动球阀；停止状态：计算机控制系统关闭所有阀门。
[0026]
3)煤气采样和蒸汽吹扫的自动切换方法：包括定时切换和设定流动管路出入口压差值切换两种方式；所述的设定流动管路出入口压差值切换的方式根据流动管路出入口压差值进行切换，当差压值大于设定值，计算机控制系统控制备用的采样管路进入采样工作状态，当前采样管路进入吹扫工作状态，待吹扫完毕后转变为停止状态备用。
[0027]
4)差压变送器及压力变送器的报警联锁控制方法，具体如下：
[0028]
在焦炉煤气管道和荒煤气管道上设置第一差压变送器，第一差压变送器低值报警，表明流动条件未建立，需要等待管道压力建立；当差压值满足设定值时，才可开启流动管路入口控制电动球阀、流动管路出口控制电动球阀，投入流动管路。
[0029]
在流动管路出入口设置第二差压变送器，第二差压变送器高值报警表示流动管路堵塞严重，需要进行自动吹扫；蒸汽吹扫管道设置吹扫压力变送器，吹扫压力变送器报警，表明需要等待吹扫管道压力建立；当压力值满足设定值时，才可开启吹扫控制电动球阀，进行吹扫。
[0030]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0031]
1)本发明根据焦炉煤气管道和荒煤气管道位于同一管廊上的现场实际情况，利用荒煤气作为动力源建立流动管道，保证流动管道内煤气总是处于流动更新状态。热值仪在
室内流动管路上取样，实现动态实时测量煤气热值，克服了传统方法中的大时滞问题。所述系统包括互为冗余的两路采样管路，通过计算机控制系统控制煤气采样和蒸汽吹扫的自动切换，保证管道吹扫时热值仪的连续运行，从而保证热值的实时全自动测量。
[0032]
2)本发明的一种焦化行业热值仪全自动实时采样系统无煤气外排，并在排液管路末端设置了积液灌，实现了对环境的零排放。
[0033]
3)本发明的一种焦化行业热值仪全自动实时采样方法，给出了采样传送滞后时间的计算方法，并给出了计算公式。与传统采样方法相比，提高了实时性。
[0034]
4)可以实现煤气采样和蒸汽吹扫的自动切换与自动控制，实现了采样和吹扫的全自动无人控制，提高了自动化水平。
[0035]
5)差压变送器，压力变送器实现报警联锁，保障系统的安全全自动运行。
附图说明
[0036]
图1为本发明的一种焦化行业热值仪实时采样系统的整体结构图；
[0037]
图2是本发明的一种焦化行业热值仪全自动实时采样方法的控制流程图。
[0038]
图中：1-第一差压变送器pdt01 2-流动管路a 3-室内采样管路a 4-排液管路a 5-吹扫管路a 6-流动管路入口控制电动球阀a 7-流动管路出口控制电动球阀a 8-第二差压变送器pdt02 9-采样控制电动球阀a 10-排液控制电动球阀a 11-吹扫压力变送器pt01 12-吹扫控制电动球阀a 13-流动管路b 14-室内采样管路b 15-排液管路b 16-吹扫管路b 17-流动管路入口控制电动球阀b 18-流动管路出口控制电动球阀b 19-第二差压变送器pdt03 20-采样控制电动球阀b 21-排液控制电动球阀b 22-吹扫压力变送器pt02 23-吹扫控制电动球阀b。
具体实施方式
[0039]
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
[0040]
如图1所示，一种焦化行业热值仪实时采样系统，包括焦炉煤气管道、荒煤气管道、热值仪、采样管路和第一差压变送器pdt01(1)；第一差压变送器pdt01(1)安装在焦炉煤气管道和荒煤气管道之间的差压检测管路上，用于检测焦炉煤气管道与荒煤气管道之间的压差。
[0041]
所述的采样管路包括两条：采样管路a和采样管路b，两条采样管路结构相同，互为冗余，一条在采样工作状态时另一条为吹扫状态或停止备用状态。
[0042]
所述的采样管路a包括流动管路a(2)和室内采样管路a(3)；流动管路a(2)的入口连接焦炉煤气管道，出口连接荒煤气管道；流动管路a(2)的中间段位于热值仪室内，与位于热值仪室内的室内采样管路a(3)的入口相连，室内采样管路a(3)的出口连接热值仪。同样的，采样管路b包括流动管路b(13)和室内采样管路b(14)；流动管路b(13)的入口连接焦炉煤气管道，出口连接荒煤气管道；流动管路b(13)的中间段位于热值仪室内，与位于热值仪室内的室内采样管路b(14)的入口相连，室内采样管路b(14)的出口连接热值仪。
[0043]
在所述的采样管路上，流动管路a(2)的入口设置有流动管路入口控制电动球阀a(6)，流动管路a(2)的出口设置有流动管路出口控制电动球阀a(7)；室内采样管路a(3)上设有采样控制电动球阀a(9)。同样的，流动管路b(13)的入口设置有流动管路入口控制电动球
阀b(17)，流动管路b(13)的出口设置有流动管路出口控制电动球阀b(18)；室内采样管路b(14)上设有采样控制电动球阀b(20)。
[0044]
当第一差压变送器pdt01(1)检测的焦炉煤气管道与荒煤气管道之间的压差过低(低于设定值)时，表明流动条件未建立，需要等待管道压力建立；关闭流动管路上的各球阀：包括流动管路入口控制电动球阀a(6)、流动管路出口控制电动球阀a(7)、流动管路入口控制电动球阀b(17)、流动管路出口控制电动球阀b(18)，当差压值满足设定值时，才可开启流动管路的球阀。
[0045]
在所述的采样管路上，流动管路a(2)的入口与出口之间还设有第二差压变送器pdt02(8)，用于检测采样管路a的出入口之间压差。同样的，流动管路b(13)的入口与出口之间还设有第二差压变送器pdt03(19)，用于检测采样管路b的出入口之间压差。当第二差压变送器的值过高(超过设定值)时，表明流动管路发生流动管路堵塞严重，需要进行吹扫。
[0046]
所述的采样管路a还包括吹扫管路a(5)，吹扫管路a(5)入口连接蒸汽管路，出口连接采样管路a的流动管路a(2)部分，在吹扫管路a(5)上还设置有吹扫压力变送器pt01(11)和吹扫控制电动球阀a(12)。同样的，采样管路b还包括吹扫管路b(16)，吹扫管路b(16)入口连接蒸汽管路，出口连接采样管路b的流动管路b(13)部分，在吹扫管路b(16)上还设置有吹扫压力变送器pt02(22)和吹扫控制电动球阀b(23)。
[0047]
当第二差压变送器pdt02(8)的值过高(超过设定值)时，表明流动管路a(2)发生流动管路堵塞严重，需要进行吹扫，当吹扫压力变送器pt01(11)的压力值满足设定值时，才可开启吹扫控制电动球阀a(12)，进行吹扫。同样的，当第二差压变送器pdt02(19)的值过高(超过设定值)时，表明流动管路b(13)发生流动管路堵塞严重，需要进行吹扫，当吹扫压力变送器pt02(22)的压力值满足设定值时，才可开启吹扫控制电动球阀b(23)，进行吹扫。
[0048]
所述的采样管路a还包括排液管路a(4)，排液管路a(4)入口连接采样管路a的流动管路a(2)部分，出口连接积液罐。排液管路a(4)上还设有排液控制电动球阀a(10)。同样的，采样管路b还包括排液管路b(15)，排液管路b(15)入口连接采样管路b的流动管路b(13)部分，出口连接积液罐。排液管路b(15)上还设有排液控制电动球阀b(21)。
[0049]
以上各管路上的各球阀和传感器均连接至厂区的dcs系统进行控制。
[0050]
如图1所示，本发明的一种焦化行业热值仪全自动实时采样系统，其流动管路途径热值仪室，煤气气源由焦炉煤气管道经流动管路进入荒煤气管道，热值仪通过室内采样管路在室内流动管路上取样。
[0051]
如图1所示，本发明的一种焦化行业热值仪全自动实时采样系统无煤气外排，并在排液管路末端设置了积液灌，实现了对环境的零排放。
[0052]
如图2所示，本发明的一种焦化行业热值仪全自动实时采样方法包括：
[0053]
1)采用流动采样方式，在流动管路上采样，有效解决了采样大时滞问题。
[0054]
以采样管路a为例(采样管路b与其相同)，根据现场实际情况取l1＝105mm，l2＝500mm，d1＝25mm，d2＝12mm，f1＝375.1l/min，f2＝1l/min。其采样传送滞后时间计算如下：
[0055]
取样点至热值仪室部分流动管路a容积v1为：
[0056][0057]
室内采样管路a容积v2为：
[0058][0059]
则采样传送滞后时间t为：
[0060][0061]
采样传送滞后时间t应小于现场规定的时滞时间ts。
[0062]
若采用传统采样方法，采样传送滞后时间t1为：
[0063][0064]
通过比较可以看出，相较于传统方法，本发明的采样传送滞后时间大大降低，提高了实时性。
[0065]
2)煤气采样和蒸汽吹扫的自动控制
[0066]
所述采样管路有采样工作、吹扫工作、停止三种状态，以采样管路a为例，采样工作状态：计算机控制系统打开流动管路入口控制电动球阀a(6)、流动管路出口控制电动球阀a(7)、采样控制电动球阀a(9)、排液控制电动球阀a(10)，关闭吹扫控制电动球阀a(12)。吹扫工作状态：计算机控制系统关闭采样控制电动球阀a(9)、排液控制电动球阀a(10)，开启吹扫控制电动球阀a(12)。停止状态：计算机控制系统关闭所有阀门。
[0067]
3)煤气采样和蒸汽吹扫的自动切换
[0068]
如图2所示，所述的自动切换有定时切换和设定流动管路出入口压差值切换两种方式。所述的设定流动管路出入口压差值切换根据流动管路出入口压差值δp进行切换，当差压值大于设定值δp2，计算机控制系统控制备用的采样管路进入采样工作状态，当前采样管路进入吹扫工作状态，待吹扫完毕后转变为停止状态备用。
[0069]
4)差压变送器，压力变送器实现报警联锁，保障系统的安全全自动运行
[0070]
以采样管路a为例，在焦炉煤气管道和荒煤气管道上设置了第一差压变送器pdt01(1)，第一差压变送器pdt01(1)报警，表明流动条件未建立，需要等待管道压力建立；当差压值满足设定值δp1时，才可开启流动管路入口控制电动球阀a(6)、流动管路出口控制电动球阀a(7)，投入流动管路；流动管路出入口设置第二差压变送器pdt02(8)，第二差压变送器pdt02(8)报警表示流动管路堵塞严重，需要进行自动吹扫。蒸汽吹扫管道设置吹扫压力变送器pt01(11)，吹扫压力变送器pt01(11)报警，表明需要等待吹扫管道压力建立；当压力值满足设定值时，才可开启吹扫控制电动球阀a(12)，进行吹扫。
[0071]
本发明的一种焦化行业热值仪实时采样系统，根据焦化企业中焦炉煤气管道和荒煤气管道位于同一管廊上的现场实际情况，利用荒煤气与焦炉煤气的管路压差作为动力源建立流动管道，在此管道上进行气源取样，克服了传统取样结构中的大时滞问题，降低了采样时滞；本发明的系统包括互为冗余的两路采样管路，一条在采样工作状态时另一条为吹扫状态或停止备用状态，保证管道吹扫时热值仪的连续运行。
[0072]
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。