生產(chǎn)工藝流程簡介

35 萬噸/年煤液化油渣萃取生產(chǎn)裝置，利用煤焦油洗油與煤直接液化油渣中的瀝青相似相溶的特性，利用洗油對油渣中的瀝青質(zhì)進(jìn)行萃取操作。

 

本裝置選擇洗油作為萃取溶劑，將油渣與溶劑在一定溫度下混合，瀝青溶解在溶劑中，隨后采用固液分離設(shè)備分級分離，得到固含量不同的分離液，萃取分離清液中的瀝青與溶劑的沸程相差較大，采用減壓閃蒸實(shí)現(xiàn)溶劑回收，得到灰分含量不同的煤液化瀝青，瀝青經(jīng)冷卻成型。

 

工藝流程主要包括萃取離心單元、沉降單元、溶劑閃蒸單元（包含初級瀝青、中級瀝青、高級瀝青三個(gè)閃蒸工段）、瀝青成型單元、噴霧干燥單元、粉料成型單元和公用工程單元等七個(gè)單元，以及油氣、尾氣處理系統(tǒng)。

 

2 自動化儀表設(shè)計(jì)及選型

2.1 溫度儀表

溫度測量均采用普通的 K 型熱偶（測量范圍在 500℃以上）或 PT100 熱電阻（測量范圍在 500℃以下）來測量。

（1）熱電阻

依照 IEC 60751 ,選用 RTD 熱電阻溫度檢測器，分度號選 PT100，使用三線制連接方式，連接電纜應(yīng)選用對絞屏蔽電纜。

（2）熱電偶

依照 IEC 60584，選用熱電偶測溫元件，分度號選 K 或 S，經(jīng)現(xiàn)場溫度變送器轉(zhuǎn)成4-20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號后，連接電纜應(yīng)選用對絞屏蔽電纜。

（3）就地溫度計(jì)

就地溫度測量采用雙金屬溫度計(jì)。溫度計(jì)應(yīng)配套溫度計(jì)套管，它們之間的連接為½ "NPT。溫度計(jì)指示盤的公稱直徑一般為 100 mm。

（4）溫度計(jì)套管

一般溫度計(jì)套管通常采用錐形整體鉆孔，其材料較低為 316SS。其它材質(zhì)可根據(jù)工藝條件的要求選用。按照 ANSI B16.5，過程連接通常為 1½ "法蘭。其插入深度應(yīng)在詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)管道或設(shè)備的尺寸、連接或安裝形式來確定。對介質(zhì)中含有顆粒的，溫度計(jì)保護(hù)套管應(yīng)進(jìn)行對其硬化處理：噴涂碳化鎢或堆焊斯太萊硬質(zhì)合金，防止磨蝕。

 

2.2 測壓儀表

（1）就地壓力表

          就地壓力表一般選用不銹鋼彈簧管壓力表。對于腐蝕性較強(qiáng)或粘度較大、易結(jié)晶等介質(zhì)，選用隔膜壓力表，對于機(jī)械振動較強(qiáng)的場合，選用耐震壓力表，壓力表殼體材料選用不銹鋼。

（2）遠(yuǎn)傳壓力表

          遠(yuǎn)傳壓力測量采用一般壓力變送器或法蘭式壓力變送器。

 

對于微壓、負(fù)壓的測量，選用膜盒式微壓計(jì)或差壓變送器。

 

用于微小壓力（500Pa）以下時(shí)，選用微差壓變送器；對于粘稠、易結(jié)晶及腐蝕性介質(zhì)，選用法蘭式壓力變送器。

 

壓力變送器與過程連接采用 1/2”NPT 錐管螺紋，法蘭式變送器采用制造廠家標(biāo)準(zhǔn)。

 

2.3 液位儀表

液體液位測量通常使用差壓變送器。易結(jié)晶、堵塞的場合盡量采用遠(yuǎn)傳隔膜式差壓變送器。其他液位測量儀表，如電容導(dǎo)納式，音叉式、雷達(dá)式、超聲波式等，可以根據(jù)工藝條件和實(shí)際環(huán)境考慮使用。

 

在工藝條件允許的地方，磁性液位計(jì)可以用作現(xiàn)場液位儀表，一般由設(shè)備配套提供，不在儀表設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

 

2.3.1 離心干相攪拌罐及干燥塔料位的測量

離心干相攪拌罐帶導(dǎo)熱油夾套伴熱，為介質(zhì)高溫粘稠、易結(jié)晶、含有固體顆粒：離心干相干燥塔底介質(zhì)高溫固渣高；上述工況惡劣，如采用雷達(dá)式、超聲波式、差壓式等液位計(jì)，無法正常測量使用。

 

離心干相攪拌罐及離心干相干燥塔料位選用γ放射性儀表，射源要活度必須取得輻射安全許可證。

 

2. 3.1.1 γ 射線液位計(jì)的測量原理

γ 射線液位計(jì)是利用 γ 射線能夠穿透物質(zhì)，并在物質(zhì)中減弱的特征，對物位進(jìn)行檢測，是利用物料對γ射線的阻擋作用進(jìn)行物位測量的儀表。除了 γ 射線料位計(jì)，還有中子物位計(jì)等用其他類型的射線進(jìn)行物位測量的儀表，都屬于同位素物位計(jì)。

 

γ 射線料位計(jì)特別適應(yīng)于高溫、高壓、高腐蝕、高粘度等惡劣條件下料位的測量，被測物質(zhì)可以為粉末或顆粒固體，也可以為液體。γ 射線料位計(jì)原理與中子物位計(jì)不一樣，一般只用于兩相界面的情況，而不適用于多界面測量情況。

 

由于其非接觸特性，故而可適應(yīng)的料倉壓力、物料溫度值、粉塵狀況、粘度、腐蝕性等極端參數(shù)都很高，對溫度、壓力、粉塵、粘度、腐蝕的適應(yīng)性可謂物位儀表中之較。

 

2. 3.1.2 γ 射線料位計(jì)的組成

(1)放射源及其源容器

放射源一般選用銫-137(Cs)，銫-137 半衰期 30.2 年。放射源外形很小，一般用的放射源經(jīng)過 氬弧 焊多層 密封 后，尺 寸大 小為Φ10×10mm 左右，或 Φ8×10mm、Φ10×12mm。但為了對射線進(jìn)行防護(hù)，使其通過一個(gè)狹小扇區(qū)穿過設(shè)備，需將放射源放入鉛容器中，鉛容器一般為幾十公斤甚至幾百公斤重。不同廠家的鉛容器，尺寸、形狀、對接法蘭等規(guī)格會有不同，鉛容器帶有鎖閉裝置，不用放射源時(shí)可以關(guān)閉。

 

對某個(gè)特定的被測條件，放射源的選擇需要經(jīng)過周密計(jì)算，才能確定具體類型和活度。計(jì)算放射源時(shí)，放射源和探測器的安裝位置、射線出射方向、射線扇區(qū)大小、被測物料量程、料倉壁厚及材質(zhì)、料倉內(nèi)部物料、料倉內(nèi)部壓力及氣相等都是需要考慮的重要參數(shù)。

 

(2)探測器

探測器也稱探頭、接收器，主要用于探測射線，并將射線產(chǎn)生的光信號轉(zhuǎn)化為電信號。主流探測器內(nèi)部主要元器件為:閃爍晶體、光電倍增管、前置電路。射線照射到閃爍晶體上，會產(chǎn)生光子，光子與光電倍增管表面涂的光感材料(稱為光陰級)撞擊，光子的能量被光陰級材料中的電子吸收，電子獲得能量，離開光陰級材料 。光電倍增管將光陰極接受到的電子進(jìn)行倍增后，輸出給前置電路部分進(jìn)行整形、濾波、運(yùn)算等處理。

 

(3)轉(zhuǎn)換器

轉(zhuǎn)換器的功能是將探測器輸出的電信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號并輸出給 DCS。轉(zhuǎn)換器一般置于非防爆的機(jī)柜間，轉(zhuǎn)換器上帶顯示表。當(dāng)前很多較為先進(jìn)的儀表會將探測器和轉(zhuǎn)換器整合為一體，統(tǒng)稱為探測器。這樣，γ射線料位計(jì)就包括 2 個(gè)主要部分:放射源、探測器。

 

2. 3.2 瀝青減壓塔等液位的測量

由于所測介質(zhì)均粘稠且含有固體顆粒，且真閃部分為負(fù)壓，要求儀表具有防堵塞、耐腐蝕、耐高溫以及防止負(fù)壓損壞等性能。液位測量儀表采用遠(yuǎn)傳隔膜式差壓變送器。為防止堵塞，取壓管要求加粗，不小于DN50。若配置連通管，連通管與設(shè)備的連接尺寸為 DN80。液相導(dǎo)壓管向設(shè)備或管道一側(cè)有一定的傾角，并增加沖洗油。

 

2. 3.3 沉降罐等液位的測量

沉降罐的介質(zhì)粘稠、含有固體顆粒，液位計(jì)選用 高頻 雷達(dá)， 且頻 率必須 大于 等于140GHz,即使掛料，在 140GHz 頻率下，信號不受影響。

 

2.4 流量儀表

一般采用差壓式流量測量儀表，節(jié)流元件有孔板、文丘里或噴嘴、楔形節(jié)流件等。對于瀝青等粘稠、固體顆粒沖刷的場合，選用楔形流量計(jì)。潔凈氣體、蒸汽和液體的大中流量選用渦街流量計(jì)，管子震動和泵出口，不宜選用該流量計(jì)。對于管道尺寸小于 2"的較小流量測量，就地測量選用金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)。其他形式的流量測量儀表可以根據(jù)工藝參數(shù)、精度和量程等因素綜合考慮。

 

裝置中瀝青流量的測量：由于流動的瀝青油渣含有固體顆粒，對于節(jié)流元件的沖蝕比較嚴(yán)重，要求楔形流量計(jì)的節(jié)流件、法蘭、取壓法蘭及取壓短管均需要滿足固體顆粒耐沖刷的標(biāo)準(zhǔn)，楔塊及楔形流量計(jì)管道整體均采用硬化處理，并采用保溫夾套處理。楔塊為實(shí)心結(jié)構(gòu)，流量計(jì)采用特殊碳化鎢噴涂技術(shù)，流量計(jì)接液部分（楔形流量計(jì)管道內(nèi)表面）整體噴涂碳化鎢。楔塊采用完全實(shí)心結(jié)構(gòu)，并與流量計(jì)本體采用焊接連接，以確保楔塊與流量計(jì)本體連接可靠，堅(jiān)實(shí)耐用。楔塊底部采用平面設(shè)計(jì)并無尖角，以保證在長期磨損、腐蝕的情況下，仍能保證楔比（H/D）不變，滿足精度長期穩(wěn)定運(yùn)行。

 

2.5 氣動控制閥

基本原則：本工藝包所涉及的氣動控制閥包括氣動兩位式切斷閥和氣動調(diào)節(jié)閥。兩位式切斷閥主要用于本裝置的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)和鎖斗程控系統(tǒng)。

 

控制閥的壓力等級及材質(zhì)不能低于與之連接的工藝管道，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)特點(diǎn)和控制要求選型。除考慮腐蝕、磨蝕裕度、防火要求等外，還應(yīng)考慮調(diào)節(jié)閥(除緊急泄壓和短時(shí)放空蒸汽外)的噪音不能超過 85 dB。

 

在選擇控制閥類型時(shí)應(yīng)考慮操作及設(shè)計(jì)條件、所要處理的流體、所需可調(diào)范圍、允許泄漏量、噪聲等因素以及其它特殊要求。按不同需要一般選用氣動薄膜單、雙座，套筒調(diào)節(jié)閥或蝶閥，瀝青、洗油等含有固體顆粒，粘度大的介質(zhì)流量選用偏心旋轉(zhuǎn)閥，調(diào)節(jié)閥的成套應(yīng)包括閥門定位器、減壓閥，選用智能電/氣閥門定位器。

 

開關(guān)切斷閥將選用帶限位開關(guān)和電磁閥的氣動切斷球閥，電磁閥原則上采用 24V DC低功耗型（≤4W）。

 

2.5.1 瀝青油渣開關(guān)切斷閥

 對于瀝青油渣含有固體顆粒的開關(guān)切斷閥，閥座及閥門流道采用硬化處理，并要求帶保溫夾套。要求處理后表面洛氏硬度 HRC≥65，采用碳化鎢噴涂硬化。

 

閥門基本要求為：

雙向硬密封球閥，密封等級不低于 V 級閥球、閥座堆焊硬質(zhì)合金閥門動作時(shí)間＜5 秒

執(zhí)行機(jī)構(gòu)：由于介質(zhì)粘度較大，要快速地開關(guān)，要求氣缸有足夠大的功率。

 

常減壓塔進(jìn)料閥

常壓和減壓塔進(jìn)料介質(zhì)為固液兩相。沖刷、磨蝕較大，容易沉積堵塞，減壓過程還存在閃蒸、氣蝕問題。應(yīng)根據(jù)該特點(diǎn)選用角型減壓閥。減壓閥應(yīng)采用角閥，并考慮閃蒸需要和氣蝕問題。入口原則上不縮徑，出口尺寸比進(jìn)口尺寸大。閥體結(jié)構(gòu)采用文丘里掃流型角閥。該類型閥門為流閉型，介質(zhì)流向?yàn)閭?cè)進(jìn)底出，具有一定的自潔功能。閥座及閥門流道采用硬化處理。要求處理后表面洛氏硬度 HRC≥65，建議采用碳化鎢噴涂硬化。

 

2.5.3 鎖斗系統(tǒng)閥門

鎖斗系統(tǒng)負(fù)責(zé)離心干相干燥塔的定期排灰渣，一般 20 分鐘到 30 分鐘排灰渣一次。主要設(shè)備是鎖渣罐（鎖斗）。主要閥門有鎖斗進(jìn)口閥、出口閥、充壓閥、抽真空閥等，基本步驟為：抽真空－進(jìn)料－充壓－卸料，由 DCS程控完成周期性循環(huán)過程。干燥塔灰渣溫度高、成分復(fù)雜，含有大量灰渣顆粒，沖刷磨損大，加之閥門動作頻繁，充壓、泄壓過程閥門要承受一定的壓差，這就給程控閥的安全、長周期運(yùn)行帶來很大困難。基于以上原因，鎖渣閥需要一些特殊的設(shè)計(jì)。此處對鎖斗較重要的三個(gè)閥：鎖斗進(jìn)口閥、鎖斗出口閥進(jìn)行說明。

 

執(zhí)行機(jī)構(gòu)：選雙作用氣缸或彈簧返回式氣缸，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的 扭力矩大小，必須能在閥門較大壓差的扭力矩 2 倍以上工作，保證能可靠操作。動作形式：兩位式開關(guān)，故障位置：FC,動作時(shí)間：行程時(shí)間小于 10 秒。若配置雙作用氣缸則應(yīng)配置可供閥門開關(guān)兩次的儲氣罐。如果彈簧返回式氣缸容量過大，根據(jù)需要也要考慮在本地配置儲氣罐，避免閥門動作造成系統(tǒng)空氣壓力的波動。閥門結(jié)構(gòu)及材質(zhì)：采用全通徑球閥，閥體材質(zhì) WCB、閥芯、閥座 316 堆焊硬質(zhì)合金，閥座為有補(bǔ)償彈簧的彈性閥座，動態(tài)密封，采用自潔式結(jié)構(gòu)。

 

3 結(jié)束語

在對 35 萬噸/年煤液化油渣萃取生產(chǎn)裝置進(jìn)行儀表設(shè)計(jì)和選型時(shí)，要充分考慮到各種復(fù)雜、惡劣的工況， 保證壓力、溫度、液位、流量和控制閥等儀表選型滿足工藝要求。本文中的儀表設(shè)計(jì)及選型設(shè)置方案已成功運(yùn)用在了某大型公司的 35 萬噸/年煤液化油渣萃取生 產(chǎn)裝置中