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摘要：通过对国内碎煤加压气化炉的煤锁、灰锁就地操作方式的实际应用情况进行分析，比较各自优缺点以及提出优化方案进行探讨。
关键词：碎煤加压气化炉 煤锁、灰锁就地操作 触摸屏 优化方案
【中图分类号】TQ545
内蒙古某煤制天然气有限公司为国内首家大型煤制天然气示范项目，年产40亿立方米天然气，项目分三期建设，其中一期项目已顺利投产，产品已成功输往北京，大大缓解北京天然气用气紧张局面。
1气化炉工艺流程简介
内蒙古某煤制天然气公司一期16台制气设备为赛鼎工程公司设计的4.0MPa碎煤加压气化炉，以劣质褐煤为原料，相当于鲁奇第三代MARK-IV型气化炉，属于移动床气化工艺，单台气化炉氧气负荷设计为5232Nm3/h。碎煤加压气化炉采用圆筒形、 双层夹套式容器设计， 内外壳由钢板制成。 主要由煤仓、煤锁、炉体、洗涤冷却器、灰锁、灰锁膨胀冷凝器、废热锅炉、粗煤气分离器、气化剂入口和煤气出口以及公用的液压润滑系统等部分组成。流程如图1：
2 煤锁/灰锁控制系统方案要求简介
2.1 煤/灰锁控制系统的配置
煤/灰锁的操作是一个顺序控制，其操作方式分为：1、控制室遥控；2、现场手动（就地触摸屏）。
控制室遥控分为全自动、半自动和手动，这三种方式全部通过DCS系统实现，煤锁控制室与灰锁控制室各配置4套DCS操作站（DOS01～04），分别实现对1#～8#气化炉的煤/灰锁进行监控，其中DOS01～02操作站完成1#～4#煤/灰锁进行监控，即两个操作站互为备用，其功能完全相同；DOS03～04操作站完成5#～8#煤/灰锁进行监控。煤锁、灰锁操作完全独立，互不关联。
现场手动一般用于试车、开车及仪表故障的场合。每个煤/灰锁各设立一个现场防爆触摸屏，放置在相应设备附近。每个现场防爆触摸屏机架都有一个两位置（ON，OFF）方式钥匙转换开关，控制室配置与之对应的开关，两处开关使用同一把钥匙，不同系列的煤/灰锁使用不同的钥匙。钥匙只能在“OFF”位置拔出，从而使两处操作不能同时进行。触摸屏相当于DCS放在现场的操作站。
从工艺安全考虑，阀门之间设置一系列联锁，不管控制室遥控，还是就地手动操作，都要遵从这些联锁。特别是煤锁给煤阀CF“只关一次，关后不能再开”这一联锁不适用就地控制，因为当煤仓堵塞使煤锁加煤中断时，必须切换到就地操作方式以排除这一故障，CF的开和关要在就地反复进行。
2.2 控制方式的切换
系统的设计保证了控制方式的切换为无扰动切换，即切换过程中阀门状态保持不变，且在无控制方式期间即控制室与就地方式切换过程，两处操作全部无效，具有“封锁现场”的功能。
当自动顺序由于过程故障而产生报警时，顺序自动停止，这时操作员必须把操作方式切换到手动状态（现场手动或控制室手动），以排除这些故障。
要想从手动状态（现场手动或控制室手动）进入自动控制方式，必须在一个操作周期手动完成之后进行，即自动顺序只有一个固定入口。其它方式间的互相切换，则在任何时候都可进行，当煤/灰锁处于某一操作方式时，其它方式均不起作用。
3 内蒙古某煤制天然气公司煤/灰锁就地操作方式
加压气化炉煤/灰锁就地操作采用就地触摸屏，分别设置在气化厂房的二层和六层。触措屏安装在防护等级为IP55的防爆仪表机柜内，柜子规格为：2100（高）*800（宽）*600（深），前后单开门，右轴方式。仪表柜与触摸屏由FOXBORO公司成套提供，防爆触摸屏为MTL进口产品，每2台气化炉设置1套触摸屏进行就地操作。实施方案如图2、图3：
图2触摸屏配置方案
图3煤/灰锁实施方案简图
4某煤基油公司气化炉煤/灰锁就地操作方式
某煤基油公司气化炉也是由赛鼎工程公司设计的碎煤加压气化炉，煤/灰锁就地操作采用就地操作柜式方式，即操作柜盘面板上有相关流程指示、阀门状态及工况参数的显示灯和各种操作按钮、钥匙转换开关，而且还多了炉篦的就地操作功能。每台气化炉分别有一台煤锁操作装置和灰锁操作装置，如图4。
图4 某煤/灰锁操作柜面板
在线路连接上，控制现场阀门的电磁阀是由DCS电源柜供电，一套电源供电。控制室的远程控制时是通过DCS程序实现。但在就地操作时，阀门开关的控制再通过现场按钮触发100多个继电器组成继电线路，而且很多过程参数也通过接点信号方式参与继电器动作，实现就地操作以及阀门互锁逻辑。
就地操作盘与DCS远程操作台上各有一个钥匙转换开关，这两个开关共用一把钥匙，只有在就地操作盘上的钥匙拔下时，DCS远程操作台上钥匙插上并打到ON时，远控才能进行煤/灰锁阀门的操作，而钥匙在OFF位置时才能被拔下。反之在就地操作时亦然。
这样就达到无论在就地操作还是远程操作都可以保证阀门动作的安全性。
5 两种煤/灰锁就地操作方式比较
内蒙古某煤制天然气公司煤/灰锁就地操作采用先进的触摸屏，触摸屏有着与DCS操作站相同的工艺流程画面，操作方便、可靠，并且两台炉可共用一台触摸屏，节约安装空间与减少连接设备，无需设置转换开关，连接方式简单可靠，故障率低，相当于DCS操作站的一个远程操作端，为气化炉开车、试车、故障状态排除试验与检修测试提供便利。但上述方式能够可靠操作是以整个DCS系统安全可靠为前提，一旦DCS故障，就地触摸屏操作也将无法进行。就地操作需由控制室操作人员统一协调，否则很难判别是从就地还是在控制室发出的操作指令，所以目前克旗煤制公司在正常操作时很少使用就地触屏操作，一旦需就地触屏操作也由当班值长统一安排。
某煤基油公司煤/灰锁操作实现了就地操作與远程操作的无扰动切换，就地操作与远程操作得以独立进行，不会出现操作混乱，并且能够保证在DCS突发故障时（而非是DCS电源故障、继电器损坏），可通过就地操作来实现煤/灰锁操作。但其分离元件比较多，继电线路复杂，易出现故障和不容易快速判断与处理。
6煤/灰锁就地操作方式优化方案探讨
上述两公司的煤/灰锁就地操作方式均有不同程度的缺点，若是把两者的优点有机结合会使操作更加便捷和安全，特提出PLC加触摸屏方式来实现煤/灰锁的就地操作以供探讨。
PLC英文全称programmable logic controller ，中文全称为可编程逻辑控制器，是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
PLC具有高可靠性和强抗干扰能力，故障自诊断保护功能，体积小，能耗低、易于操作，配套齐全，功能完善，编程组态灵活。替代继电线路有着巨大的优势，PLC不需要大量的活动元件和连线电子元件。从PLC的机外电路来说，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。与此同时，系统的维修简单，维修时间短。
PLC具有强大编程组态功能配套触摸屏具有友好的人机画面，可以组态成与控制室相一致的流程画面，操作灵活、方便。具体方案构想是控制现场阀门的电磁阀电源统一由DCS电源配电柜供给，在控制室流程图画面与就地触摸屏画面设置远程/就地切换的软开关，实现远程与就地切换，远程操作完全由DCS系统进行手动或自动控制，而就地操作只有手动方式，可大大减少编程组态难度和减少硬件数量与投资，便于就地检查、试验以及故障排除。通过编程实现阀门之间的一系列联锁，不管控制室遥控，还是就地手动操作，都会遵从这些联锁关系。
此方案比之前评论的两公司的方案优越得多，也一定会取得良好的效果，但会增加设备购置成本。
结束语
我们需要不断创新的精神去探索，还应不断在实践中总结，在全面考虑设备安全及操作便利的情况下，选择性价比较高的就地操作方式是未来发展的方向。
关键词：碎煤加压气化炉 煤锁、灰锁就地操作 触摸屏 优化方案
【中图分类号】TQ545
内蒙古某煤制天然气有限公司为国内首家大型煤制天然气示范项目，年产40亿立方米天然气，项目分三期建设，其中一期项目已顺利投产，产品已成功输往北京，大大缓解北京天然气用气紧张局面。
1气化炉工艺流程简介
内蒙古某煤制天然气公司一期16台制气设备为赛鼎工程公司设计的4.0MPa碎煤加压气化炉，以劣质褐煤为原料，相当于鲁奇第三代MARK-IV型气化炉，属于移动床气化工艺，单台气化炉氧气负荷设计为5232Nm3/h。碎煤加压气化炉采用圆筒形、 双层夹套式容器设计， 内外壳由钢板制成。 主要由煤仓、煤锁、炉体、洗涤冷却器、灰锁、灰锁膨胀冷凝器、废热锅炉、粗煤气分离器、气化剂入口和煤气出口以及公用的液压润滑系统等部分组成。流程如图1：
2 煤锁/灰锁控制系统方案要求简介
2.1 煤/灰锁控制系统的配置
煤/灰锁的操作是一个顺序控制，其操作方式分为：1、控制室遥控；2、现场手动（就地触摸屏）。
控制室遥控分为全自动、半自动和手动，这三种方式全部通过DCS系统实现，煤锁控制室与灰锁控制室各配置4套DCS操作站（DOS01～04），分别实现对1#～8#气化炉的煤/灰锁进行监控，其中DOS01～02操作站完成1#～4#煤/灰锁进行监控，即两个操作站互为备用，其功能完全相同；DOS03～04操作站完成5#～8#煤/灰锁进行监控。煤锁、灰锁操作完全独立，互不关联。
现场手动一般用于试车、开车及仪表故障的场合。每个煤/灰锁各设立一个现场防爆触摸屏，放置在相应设备附近。每个现场防爆触摸屏机架都有一个两位置（ON，OFF）方式钥匙转换开关，控制室配置与之对应的开关，两处开关使用同一把钥匙，不同系列的煤/灰锁使用不同的钥匙。钥匙只能在“OFF”位置拔出，从而使两处操作不能同时进行。触摸屏相当于DCS放在现场的操作站。
从工艺安全考虑，阀门之间设置一系列联锁，不管控制室遥控，还是就地手动操作，都要遵从这些联锁。特别是煤锁给煤阀CF“只关一次，关后不能再开”这一联锁不适用就地控制，因为当煤仓堵塞使煤锁加煤中断时，必须切换到就地操作方式以排除这一故障，CF的开和关要在就地反复进行。
2.2 控制方式的切换
系统的设计保证了控制方式的切换为无扰动切换，即切换过程中阀门状态保持不变，且在无控制方式期间即控制室与就地方式切换过程，两处操作全部无效，具有“封锁现场”的功能。
当自动顺序由于过程故障而产生报警时，顺序自动停止，这时操作员必须把操作方式切换到手动状态（现场手动或控制室手动），以排除这些故障。
要想从手动状态（现场手动或控制室手动）进入自动控制方式，必须在一个操作周期手动完成之后进行，即自动顺序只有一个固定入口。其它方式间的互相切换，则在任何时候都可进行，当煤/灰锁处于某一操作方式时，其它方式均不起作用。
3 内蒙古某煤制天然气公司煤/灰锁就地操作方式
加压气化炉煤/灰锁就地操作采用就地触摸屏，分别设置在气化厂房的二层和六层。触措屏安装在防护等级为IP55的防爆仪表机柜内，柜子规格为：2100（高）*800（宽）*600（深），前后单开门，右轴方式。仪表柜与触摸屏由FOXBORO公司成套提供，防爆触摸屏为MTL进口产品，每2台气化炉设置1套触摸屏进行就地操作。实施方案如图2、图3：
图2触摸屏配置方案
图3煤/灰锁实施方案简图
4某煤基油公司气化炉煤/灰锁就地操作方式
某煤基油公司气化炉也是由赛鼎工程公司设计的碎煤加压气化炉，煤/灰锁就地操作采用就地操作柜式方式，即操作柜盘面板上有相关流程指示、阀门状态及工况参数的显示灯和各种操作按钮、钥匙转换开关，而且还多了炉篦的就地操作功能。每台气化炉分别有一台煤锁操作装置和灰锁操作装置，如图4。
图4 某煤/灰锁操作柜面板
在线路连接上，控制现场阀门的电磁阀是由DCS电源柜供电，一套电源供电。控制室的远程控制时是通过DCS程序实现。但在就地操作时，阀门开关的控制再通过现场按钮触发100多个继电器组成继电线路，而且很多过程参数也通过接点信号方式参与继电器动作，实现就地操作以及阀门互锁逻辑。
就地操作盘与DCS远程操作台上各有一个钥匙转换开关，这两个开关共用一把钥匙，只有在就地操作盘上的钥匙拔下时，DCS远程操作台上钥匙插上并打到ON时，远控才能进行煤/灰锁阀门的操作，而钥匙在OFF位置时才能被拔下。反之在就地操作时亦然。
这样就达到无论在就地操作还是远程操作都可以保证阀门动作的安全性。
5 两种煤/灰锁就地操作方式比较
内蒙古某煤制天然气公司煤/灰锁就地操作采用先进的触摸屏，触摸屏有着与DCS操作站相同的工艺流程画面，操作方便、可靠，并且两台炉可共用一台触摸屏，节约安装空间与减少连接设备，无需设置转换开关，连接方式简单可靠，故障率低，相当于DCS操作站的一个远程操作端，为气化炉开车、试车、故障状态排除试验与检修测试提供便利。但上述方式能够可靠操作是以整个DCS系统安全可靠为前提，一旦DCS故障，就地触摸屏操作也将无法进行。就地操作需由控制室操作人员统一协调，否则很难判别是从就地还是在控制室发出的操作指令，所以目前克旗煤制公司在正常操作时很少使用就地触屏操作，一旦需就地触屏操作也由当班值长统一安排。
某煤基油公司煤/灰锁操作实现了就地操作與远程操作的无扰动切换，就地操作与远程操作得以独立进行，不会出现操作混乱，并且能够保证在DCS突发故障时（而非是DCS电源故障、继电器损坏），可通过就地操作来实现煤/灰锁操作。但其分离元件比较多，继电线路复杂，易出现故障和不容易快速判断与处理。
6煤/灰锁就地操作方式优化方案探讨
上述两公司的煤/灰锁就地操作方式均有不同程度的缺点，若是把两者的优点有机结合会使操作更加便捷和安全，特提出PLC加触摸屏方式来实现煤/灰锁的就地操作以供探讨。
PLC英文全称programmable logic controller ，中文全称为可编程逻辑控制器，是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
PLC具有高可靠性和强抗干扰能力，故障自诊断保护功能，体积小，能耗低、易于操作，配套齐全，功能完善，编程组态灵活。替代继电线路有着巨大的优势，PLC不需要大量的活动元件和连线电子元件。从PLC的机外电路来说，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。与此同时，系统的维修简单，维修时间短。
PLC具有强大编程组态功能配套触摸屏具有友好的人机画面，可以组态成与控制室相一致的流程画面，操作灵活、方便。具体方案构想是控制现场阀门的电磁阀电源统一由DCS电源配电柜供给，在控制室流程图画面与就地触摸屏画面设置远程/就地切换的软开关，实现远程与就地切换，远程操作完全由DCS系统进行手动或自动控制，而就地操作只有手动方式，可大大减少编程组态难度和减少硬件数量与投资，便于就地检查、试验以及故障排除。通过编程实现阀门之间的一系列联锁，不管控制室遥控，还是就地手动操作，都会遵从这些联锁关系。
此方案比之前评论的两公司的方案优越得多，也一定会取得良好的效果，但会增加设备购置成本。
结束语
我们需要不断创新的精神去探索，还应不断在实践中总结，在全面考虑设备安全及操作便利的情况下，选择性价比较高的就地操作方式是未来发展的方向。