309-水煤气站防爆氧分析系统的应用

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水煤气站防爆氧分析系统的应用
肖伟
上海埃目斯自动化技术有限公司（201612）
摘要
水煤气凭借其方便的制造原理，简单的生产设备，良好的燃烧特性，在石油价格飞涨的今天，已成为企业的首选。

在水煤气制造和储存过程中，安全问题是重中之重。

本文结合自身实际的维护经验，详细介绍了水煤气生产、储存过程中，以保障系统安全运行为目的的防爆氧分析系统的应用。

M&C TechGroup（原德国M&C分析仪器有限公司）在防爆安全检测方面拥有较为领先的专利技术和突出的制造技术，制造产品目前广泛应用在水煤气等防爆安全领域。

关键词水煤气贮存安全电除尘氧分析
一、 水煤气发生原理
将水蒸气通过炽热的煤层，便可制得较洁净的水煤气，其主要成分是CO和H2。

反应现象为火焰腾起更高，而且变为淡蓝色，这是氢气和CO燃烧的颜色。

化学方程式为：
C+H2O(高温)→CO+H2
水煤气主要成份是CO和H2，燃烧后排放H2O和CO2，有微量HC和NO X。

燃烧速度是汽油的7.5倍，抗爆性好，据国外研究和专利的报导，压缩比可达12.5。

热效率提高20－40％、功率提高15％、燃耗降低30％，尾气净化接近欧IV标准，还可用微量的铂催化剂净化。

比醇、醚简化制造和减少设备，成本和投资更低。

压缩或液化与氢气相近，但不用脱除CO。

二、 水煤气工艺流程
实际生产中，水煤气的设备主要有以下三大部分：水煤气发生炉、电除尘器、水煤气柜。

煤炭通过煤气发生炉，被转化成水煤气，其中含有大量的粉尘，需经电除尘器将粉尘出去，成为洁净的水煤气，后进入储气仓储存。

造气炉主要就是利用蒸汽与焦炭反应生成水煤气供后续工段使用。

水蒸气是利用从水汽车间输送过来的低压蒸汽，经过调节阀调节之后，进入造气炉。

造气用焦炭，是通过煤焦仓、输送皮带、皮带秤等进入造气炉与蒸汽进行反应。

整个造气程序包括以下几部：吹风、蒸汽吹净、上吹、下吹、二次上吹、空气吹净。

a) 吹风阶段：提升整个系统的温度。

由鼓风机送来的空气从造气炉底部进入炭层，并发生
反应。

吹风气从顶部出来，经过除尘器进入燃烧室并将热能储存在耐火材料中。

当燃烧室温度达到550℃左右时，加入二次风，使吹风其中的一氧化碳与氧气反应生成二氧化碳，并放出大量的热，热能储存在耐火材料中，然后，吹风气除尘器除尘、降温后排放。

b) 蒸汽吹净阶段：用煤气赶走存在设备中的吹风气，保障一下阶段制出水煤气的质量。

低
压蒸汽从造气炉底部进入，之后经过燃烧室、集尘器、废热锅炉、除尘器之后经烟囱放空。

c) 上吹制气阶段：制造水煤气。

低压蒸汽从造气炉底部向上吹入，反应后生成的水煤气经
过集尘器、燃烧室、废锅、洗气箱进入煤气总管。

d) 下吹制气阶段：低压蒸汽从造气炉顶部向下吹入，反应后生成的水煤气经过集尘器、燃
烧室、废锅、洗气箱进入煤气总管。

e) 二次上吹阶段：将残存在炉底的水煤气吹到上部，为空气的进入创造条件，确保生产的
安全。

f) 空气吹净阶段：回收残存在造气炉顶部及系统、管线内的水煤气。

三、 水煤气站防爆氧在系统中的作用
由水煤气生产的工艺流程可知，电除尘是必要的处理过程。

由发生炉出口流出的煤气，夹带着大量的粉尘，在传输、使用水煤气时，这些粉尘将直接影响后级设备的维护量和预计的燃烧效果。

因此，在工艺中，利用静电吸附原理来除去水煤气中的粉尘，将有效的提高设备的工作效率。

由水煤气的发生原理可知，其主要成分为CO和H2，静电除尘过程中可能会有电火花产生，根据可燃气体爆炸条件可知，水煤气通过电除尘时，如果有O2聚集，那么，在电除尘火花能量足够时，将会引爆水煤气。

因此，在静电除尘前或后级对水煤气中氧含量进行分析是尤为重要的，直接关系到工艺的安全。

四、 防爆氧分析系统简介
国内现有防爆氧分析系统安装年代差别较大，较早系统在上世纪90年代安装投运，至今已运行10余年。

系统主要部件为M&C TechGroup（原德国M&C分析仪器有限公司）预处理产品。

系统集成多采用国内集成的正压通风式防爆方式，基本满足现场EEx d IIC T5安全要求。

国内运行分析系统基本组成
样品取样器
样品预处理系统
磁力机械式氧分析仪
校准设备
正压通风机柜
主要工作流程
管道中的水煤气经专用取样器取出，取样器中装有2µm过滤芯，这样，水煤气就可以先经过过滤再进入后面的样品预处理系统。

经过蒸汽/电伴热管线传输，目的是为了保证水煤气中水蒸气不会凝结出水。

最终到达预处理系统。

样气首先由半导体冷却器进行气体冷却、除水，将样品露点降至5℃，再次经过颗粒过滤器过滤后。

样品最后经流量调节，使其保持在20—60L/h。

样气成为无尘、流量稳定的气体，进入分析仪器，测定样气中氧气的浓度，并将测量结果以4—20mA输出。

五、 应用重点及解决问题
通过对系统多年的使用，总结如下问题：
正压通风式防爆形式，每次打开机柜时需关闭正压通风报警器，使维护工作过程复杂； 由于工艺的特点和不稳定因素，水煤气中含水量不定，导致旋风分离原理的冷却器冷却效率和冷却量难以计算，维护工作量非常高，不能满足使用要求；
2µm的过滤精度不能完全过滤掉全部粉尘，传统过滤器制造原理导致过滤器使用期限短，易堵塞。

系统报警和自动化程度低，现场巡检次数多，增加人员成本和危险系数。

针对现有设备的不足，结合现有的工业产品先进技术，系统可进行如下改造升级来满足现场使用的要求。

主要工作流程概述
待分水煤气经加热取样器从管道内取出，通过取样器内部的2µm过滤器过滤。

取样器带有自动脉冲反吹扫功能，保证取样器内部的过滤器在长时间使用时，不被粉尘堵塞，自动反吹可大大降低现场维护周期和频率，脉冲反吹能够有效提高反吹效果。

水煤气通过取样器后，经过电伴热管线传输，最终到达分析预处理系统。

升级后的预处理系统不再采用正压通风式防爆方式，而是将包括分析仪表在内的所有部件均采用符合危险生产区域的EEx d IIC T5防爆区域要求。

进入预处理系统后，水煤气首先由专利技术的样气清洁洗瓶配合洗涤剂清洗样气中的粉尘及可吸附组份（不包含氧气）；在尽量不改变样气中水含量的比值下，送入带有射流(Jet-Stream)原理的压缩机式冷却器进行气体冷却除水，将样品露点降至5℃，后经过气溶胶过滤器及颗粒过滤器过滤后，经过流量调节，使其保持在20—60L/h。

水煤气成为无尘、流量稳定的样气，进入磁力机械式氧分析仪器，测定样气中氧气的浓度，并将测量结果以4—20mA输出。

当超过设定报警浓度后，系统将发出信号报警。

分析流程及主要设备作用和技术要求
预处理系统：
预处理的主要作用是通过气体洗瓶、过滤器、阻液器、防爆压缩机制冷除湿器、防爆排液蠕动泵等部件，将含水、含焦油、含粉尘的水煤气处理成无油无水无尘的符合分析仪表要求的样气。

升级后的过滤精度可达0.01µm。

防爆磁力机械式氧分析仪表：
磁力机械式氧分析仪是利用氧气的顺磁性原理，通过机械位置变化来检测样气中氧含量的仪表。

顺磁性样分析仪是直接测量式仪表，在测量中，不受被测样气导热性变化和密度变化影响，在0~100%范围内线性刻度。

灵敏度高，可用于微量氧（O2‰级）的测量。

采用隔爆方式，安全性高。

六、 总结
我国是煤炭消耗大国，合理利用煤炭资源是未来发展方向。

水煤气的生产工艺也将会得到提高，利用现有的先进工业技术来改善和提高原有分析系统的稳定性和性能，即能是维护工作简单化，同时也提高了系统的安全性。

使得从生产到检测，全面的提高工艺的技术含量，从而提高系统安全性。