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摘要:本文对国内最早引进的兖矿7.63米焦炉荒煤气自动放散系统进行了介绍，由于在点火煤气、仪表气源等介质方面和国外的差异以及设备选型方面存在的缺陷，放散装置在实际使用中存在打开不及时、点火失效、设备故障率高等缺陷。针对以上问题，经过维护人员的摸索和实践，在该公司焦炉改造中对荒煤气自动放散装置进行了完善，实现了自动放散的可靠运行，保证了炉体安全，达到国家规定的排放标准。
关键词:焦炉 荒煤气 自动放散 改进
1 概述
山东兖矿国际焦化有限公司是国内最早引进7.63米焦炉炉型的焦化企业，该项目利用了德国凯撒斯图尔焦化厂原有设备，采用原拆原建方式建成，两座焦炉炭化室高度均为7.63米，是国内目前最大的焦炉。焦炉在进行炼焦作业中，由于荒煤气导出系统故障，引起焦炉集气管压力上升，造成焦炉炉门、装煤孔、上升管及相关的各个接口处跑烟，冒火，严重影响焦炉铁件的使用寿命,压力超限时，需要自动打开设置在集气管上的放散阀进行放散点火。自动放散点火装置的可靠运行，既是炉体安全的保证，也是环保达标排放的要求。
2 原荒煤气放散系统配置情况介绍
原荒煤气放散系统包括西门子可编程控制器、高能点火装置、放散翻板阀、燃气电磁阀、氨水电磁阀、蒸汽电磁阀、火检热电偶等设备。燃烧器入口管径为DN900，厚度为6mm，材质为不锈钢。燃烧器结构形式为二级引风，其中每级引风均分割为6个进风口，分割片兼起支撑作用。放散系统每段集气管两个放散管。系统以集气管内的煤气压力为检测信号该信号以4-20mA电信号进入PLC系统，当PLC检测到压力异常时，系统发出声光预警信号，当压力继续升高，并达到放散点时，系统发出声光报警，并开始自动放散点火程序，氨水阀关闭，吹扫阀打开，吹扫放散管，点火燃气管线上的电磁阀打开，同时高能点火器开始工作，引火小火炬立即被点燃，放散阀打开，从而主火炬被引燃，此时蒸汽电磁阀打开助燃消烟，直到放散结束，将火熄灭以防回火。这时放散管内部的火焰检测器将检测到的信号传送至控制系统，点火器立即停止工作、电磁阀关闭，系统处于待机状态。当集气管内压力恢复正常时，关闭放散阀、蒸汽阀，打开氨水阀形成水封。
3 装置运行过程中存在的问题
3.1 间接点火没有达到预期效果。
根据德国设计，原点火采用直接点火和间接点火相结合的方式，即同一放散管上设置两个高能点火枪，一路采用天然气作为燃料气，点火枪点燃天然气，形成小火炬，小火炬点燃荒煤气，即采用小火点大火的方式，另一路点火枪间隔180度配置，直接点燃荒煤气，作为后备手段。实际使用中，由于独立焦化厂没有洁净的天然气源，采用回炉煤气作为点小火燃气气源，存在燃气压力低和管线易堵塞的问题。离煤塔最近的一个火炬净煤气压力在6 kPa左右，可以点小火，第二个开始在3 kPa以下，小火无法点燃，间接点火无法实现，仅靠直接点火，当出现风向偏离或直接点火的点火枪故障等情况时，出现点火失效。
3.2 放散翻板阀不能可靠打开。
每个放散管上配置一个双阀异向结构氨水翻板阀，起到控制放散荒煤气的作用。由于国内煤质与国外的差异，挥发分含量较高，长期使用后出现焦油粘结，导致阀板动作困难。翻板阀采用气缸作为执行机构，原设计仪表气源压力要求0.7～1.0MPa，由煤塔空压机提供气源，实际使用管网仪表空气，阀前0.5 MPa左右，气缸力矩偏小。当出现全厂仪表气源中断时，存在无法动作的风险。
3.3 翻板阀、氨水阀、蒸汽阀的控制电磁阀故障率高。
由于焦炉炉顶靠近放散管区域，环境温度较高，且在上升管打开时，会出现明火。翻板阀、氨水阀、蒸汽阀的控制原设计采用电磁阀，直接安装在管道上，离放散管距离近，长期高温烘烤，故障率较高。
3.4 控制系统采用西门子PLC，和DCS没有通讯联系，不便于操作人员查看状态和维护人员修改设定值。
3.5 稳焰环和蒸汽吹扫口存在结焦现象，影响气体流动。
在燃烧器一级引风管和二级引风管出口部位均安装有稳焰环，且其上结焦严重。焦炉荒煤气挥发份含量较高，在放散管内壁极易形成结焦或焦油粘结。原设计考虑到荒煤气放散时，可能在高流速的情况下脱火，设置了稳焰环。而稳焰环的使用，使得放散管在进行正常的放散作业时，由于稳焰环的存在，让靠近管壁原本就流速较慢且富含焦油和挥发份的气体流速更慢，并强制形成一个局部回流区，大大增加了焦油和挥发份的凝结速度，从而造成大量结焦甚至在严重时堵塞放散管。
焦炉荒煤气放散原设计共有两路蒸汽管，一个在一级引风管口部位设置中心蒸汽喷口。另一个是在放散管下部，设置了吹扫蒸汽管。根据现场放散管的实际情况，大部分都是在两根蒸汽管处严重结焦，形成的结焦物已经将蒸汽喷口的出口堵塞，致使蒸汽无法喷出，以至于无法实现其功能。
4 采取的改进措施
根据上述问题和其它相关企业的经验,在焦炉改造中采取了如下改进措施:
4.1 每个放散管改为2套直接点火。
在每个放散管的二级引风处，互成180度布置两套高能点火器的点火枪，将间接点火和直接点火结合的方式改为全部直接点火，消除点火燃气的影响，确保点火成功率。
4.2 翻板阀用的气缸增大截面积，增加力矩，选用进口品牌，提高可靠性。
提高气源可靠性，放散气源单独配管，在进系统前加单向阀和3m3储气罐，即使出现全厂气源中断，也可以由储气罐供应仪表气源，完成放散动作，提高自动放散的可靠性。
4.3 水封用氨水阀和蒸汽阀原电磁阀改为气动阀，将电磁阀装在气控柜内，安装在环境相对较好的位置，提高现场设备适应高温环境的能力。
4.4 将放散控制引入DCS，集控室人员可以直观监控放散状态，维护人员更方便了解掌握设备状况，修改相关参数。
4.5 取掉各级引风器上的稳焰环和下部蒸汽吹扫。
稳焰环是在高架火炬，特别是高压力、高流速且火炬气本身燃烧速度较慢的情况下常常使用的，由于在火炬头出口部位设置稳焰环，从而在其周围的管壁部位形成一个火炬气流“减速带”，生成一圈较为稳定的小火焰，达到防止脱火的目的。而焦炉荒煤气放散时压力只有几百帕,流速也只有几米到十几米，且荒煤气本身成分中有一定量的H2，燃烧的火焰速度也较快，一旦点燃，绝无脱火的可能，故本稳焰环在荒煤气燃烧器的设置，根本起不到稳焰的作用且有形成大量结焦堵塞放散管的副作用。
取掉底部原DN25蒸汽管避免结焦。同时在原一级引风口设置蒸汽环管，利用原自然引风口经蒸汽喷射器组合，形成射流强制引风口，使引风效果增强数倍。同时在二级自然引风口互成180度角布置强制二级引风口，进一步增强整体引风效果，且与其结构和喷射角度结合，最大限度实现混风。这样既解决了内部蒸汽喷射管结焦堵塞的问题，又促进荒煤气的完全燃烧。
5 结束语
本系统自改造后投入使用，一直处于无故障运行状态，具有很高的先进性、可靠性和安全性。只要荒煤气压力超过规定的上限便会声光报警、自动点火放散；由于该装置的科学结构，能使荒煤气充分燃烧，达到国家规定的排放标准。即保护了环境又保护了焦炉本体，取得了良好效果，为焦化厂建设高效、低污染的现代化企业做出了一份贡献。
参考文献：
[1]陆德民.石油化工自动控制设计手册-3版.北京.化学工业出版社，2000.1.
[2]郑晓雷，程宇，衣鹏.荒煤气放散自动点火装置的应用[J].燃料与化工，2011.9.
[3]程有林.南钢焦炉煤气放散塔自控系统工艺介绍[J].现代冶金，2009.08.
关键词:焦炉 荒煤气 自动放散 改进
1 概述
山东兖矿国际焦化有限公司是国内最早引进7.63米焦炉炉型的焦化企业，该项目利用了德国凯撒斯图尔焦化厂原有设备，采用原拆原建方式建成，两座焦炉炭化室高度均为7.63米，是国内目前最大的焦炉。焦炉在进行炼焦作业中，由于荒煤气导出系统故障，引起焦炉集气管压力上升，造成焦炉炉门、装煤孔、上升管及相关的各个接口处跑烟，冒火，严重影响焦炉铁件的使用寿命,压力超限时，需要自动打开设置在集气管上的放散阀进行放散点火。自动放散点火装置的可靠运行，既是炉体安全的保证，也是环保达标排放的要求。
2 原荒煤气放散系统配置情况介绍
原荒煤气放散系统包括西门子可编程控制器、高能点火装置、放散翻板阀、燃气电磁阀、氨水电磁阀、蒸汽电磁阀、火检热电偶等设备。燃烧器入口管径为DN900，厚度为6mm，材质为不锈钢。燃烧器结构形式为二级引风，其中每级引风均分割为6个进风口，分割片兼起支撑作用。放散系统每段集气管两个放散管。系统以集气管内的煤气压力为检测信号该信号以4-20mA电信号进入PLC系统，当PLC检测到压力异常时，系统发出声光预警信号，当压力继续升高，并达到放散点时，系统发出声光报警，并开始自动放散点火程序，氨水阀关闭，吹扫阀打开，吹扫放散管，点火燃气管线上的电磁阀打开，同时高能点火器开始工作，引火小火炬立即被点燃，放散阀打开，从而主火炬被引燃，此时蒸汽电磁阀打开助燃消烟，直到放散结束，将火熄灭以防回火。这时放散管内部的火焰检测器将检测到的信号传送至控制系统，点火器立即停止工作、电磁阀关闭，系统处于待机状态。当集气管内压力恢复正常时，关闭放散阀、蒸汽阀，打开氨水阀形成水封。
3 装置运行过程中存在的问题
3.1 间接点火没有达到预期效果。
根据德国设计，原点火采用直接点火和间接点火相结合的方式，即同一放散管上设置两个高能点火枪，一路采用天然气作为燃料气，点火枪点燃天然气，形成小火炬，小火炬点燃荒煤气，即采用小火点大火的方式，另一路点火枪间隔180度配置，直接点燃荒煤气，作为后备手段。实际使用中，由于独立焦化厂没有洁净的天然气源，采用回炉煤气作为点小火燃气气源，存在燃气压力低和管线易堵塞的问题。离煤塔最近的一个火炬净煤气压力在6 kPa左右，可以点小火，第二个开始在3 kPa以下，小火无法点燃，间接点火无法实现，仅靠直接点火，当出现风向偏离或直接点火的点火枪故障等情况时，出现点火失效。
3.2 放散翻板阀不能可靠打开。
每个放散管上配置一个双阀异向结构氨水翻板阀，起到控制放散荒煤气的作用。由于国内煤质与国外的差异，挥发分含量较高，长期使用后出现焦油粘结，导致阀板动作困难。翻板阀采用气缸作为执行机构，原设计仪表气源压力要求0.7～1.0MPa，由煤塔空压机提供气源，实际使用管网仪表空气，阀前0.5 MPa左右，气缸力矩偏小。当出现全厂仪表气源中断时，存在无法动作的风险。
3.3 翻板阀、氨水阀、蒸汽阀的控制电磁阀故障率高。
由于焦炉炉顶靠近放散管区域，环境温度较高，且在上升管打开时，会出现明火。翻板阀、氨水阀、蒸汽阀的控制原设计采用电磁阀，直接安装在管道上，离放散管距离近，长期高温烘烤，故障率较高。
3.4 控制系统采用西门子PLC，和DCS没有通讯联系，不便于操作人员查看状态和维护人员修改设定值。
3.5 稳焰环和蒸汽吹扫口存在结焦现象，影响气体流动。
在燃烧器一级引风管和二级引风管出口部位均安装有稳焰环，且其上结焦严重。焦炉荒煤气挥发份含量较高，在放散管内壁极易形成结焦或焦油粘结。原设计考虑到荒煤气放散时，可能在高流速的情况下脱火，设置了稳焰环。而稳焰环的使用，使得放散管在进行正常的放散作业时，由于稳焰环的存在，让靠近管壁原本就流速较慢且富含焦油和挥发份的气体流速更慢，并强制形成一个局部回流区，大大增加了焦油和挥发份的凝结速度，从而造成大量结焦甚至在严重时堵塞放散管。
焦炉荒煤气放散原设计共有两路蒸汽管，一个在一级引风管口部位设置中心蒸汽喷口。另一个是在放散管下部，设置了吹扫蒸汽管。根据现场放散管的实际情况，大部分都是在两根蒸汽管处严重结焦，形成的结焦物已经将蒸汽喷口的出口堵塞，致使蒸汽无法喷出，以至于无法实现其功能。
4 采取的改进措施
根据上述问题和其它相关企业的经验,在焦炉改造中采取了如下改进措施:
4.1 每个放散管改为2套直接点火。
在每个放散管的二级引风处，互成180度布置两套高能点火器的点火枪，将间接点火和直接点火结合的方式改为全部直接点火，消除点火燃气的影响，确保点火成功率。
4.2 翻板阀用的气缸增大截面积，增加力矩，选用进口品牌，提高可靠性。
提高气源可靠性，放散气源单独配管，在进系统前加单向阀和3m3储气罐，即使出现全厂气源中断，也可以由储气罐供应仪表气源，完成放散动作，提高自动放散的可靠性。
4.3 水封用氨水阀和蒸汽阀原电磁阀改为气动阀，将电磁阀装在气控柜内，安装在环境相对较好的位置，提高现场设备适应高温环境的能力。
4.4 将放散控制引入DCS，集控室人员可以直观监控放散状态，维护人员更方便了解掌握设备状况，修改相关参数。
4.5 取掉各级引风器上的稳焰环和下部蒸汽吹扫。
稳焰环是在高架火炬，特别是高压力、高流速且火炬气本身燃烧速度较慢的情况下常常使用的，由于在火炬头出口部位设置稳焰环，从而在其周围的管壁部位形成一个火炬气流“减速带”，生成一圈较为稳定的小火焰，达到防止脱火的目的。而焦炉荒煤气放散时压力只有几百帕,流速也只有几米到十几米，且荒煤气本身成分中有一定量的H2，燃烧的火焰速度也较快，一旦点燃，绝无脱火的可能，故本稳焰环在荒煤气燃烧器的设置，根本起不到稳焰的作用且有形成大量结焦堵塞放散管的副作用。
取掉底部原DN25蒸汽管避免结焦。同时在原一级引风口设置蒸汽环管，利用原自然引风口经蒸汽喷射器组合，形成射流强制引风口，使引风效果增强数倍。同时在二级自然引风口互成180度角布置强制二级引风口，进一步增强整体引风效果，且与其结构和喷射角度结合，最大限度实现混风。这样既解决了内部蒸汽喷射管结焦堵塞的问题，又促进荒煤气的完全燃烧。
5 结束语
本系统自改造后投入使用，一直处于无故障运行状态，具有很高的先进性、可靠性和安全性。只要荒煤气压力超过规定的上限便会声光报警、自动点火放散；由于该装置的科学结构，能使荒煤气充分燃烧，达到国家规定的排放标准。即保护了环境又保护了焦炉本体，取得了良好效果，为焦化厂建设高效、低污染的现代化企业做出了一份贡献。
参考文献：
[1]陆德民.石油化工自动控制设计手册-3版.北京.化学工业出版社，2000.1.
[2]郑晓雷，程宇，衣鹏.荒煤气放散自动点火装置的应用[J].燃料与化工，2011.9.
[3]程有林.南钢焦炉煤气放散塔自控系统工艺介绍[J].现代冶金，2009.08.