安全監(jiān)控系統(tǒng)在地面火炬上的應用

胡紅輝

(鶴壁華石聯(lián)合能源科技有限公司，河南鶴壁 458000)

安全監(jiān)控系統(tǒng)在地面火炬上的應用

胡紅輝

(鶴壁華石聯(lián)合能源科技有限公司，河南鶴壁458000)

介紹了自動控制、現(xiàn)場檢測設備等安全監(jiān)控系統(tǒng)在地面火炬上的應用，闡述采取安全監(jiān)控系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)、聯(lián)鎖報警系統(tǒng)兼容使用的方式，更加有利于地面火炬在生產(chǎn)裝置的投用穩(wěn)定性。

地面火炬 監(jiān)控系統(tǒng) 工藝聯(lián)鎖 穩(wěn)定性

由于加氫裂化裝置具有高溫、高壓、臨氫等特性，在裝置發(fā)生停電或泄漏著火等重大事故時，需要將系統(tǒng)內的壓力泄放，使得全廠裝置處于安全可控的狀態(tài)，放空系統(tǒng)和火炬系統(tǒng)是事故狀態(tài)下系統(tǒng)壓力泄放的場所[1]，是石油化工企業(yè)重要的安全和環(huán)保設施之一。安全監(jiān)控系統(tǒng)是集儀器儀表、信號轉換、自動控制為一體的復雜系統(tǒng)，在地面火炬上應用較為普遍，下面就地面火炬安全監(jiān)控系統(tǒng)進行介紹，并討論其在某重油加氫裝置的工業(yè)應用實踐情況。

1 地面火炬系統(tǒng)的組成及自動化系統(tǒng)

火炬按照燃燒器離地面高低可分為地面火炬和高架火炬；按火炬燃燒器的形式分為單點燃燒火炬和多點燃燒火炬[2]。地面火炬的結構組成主要包括燃燒塔、阻火設備、消音擋風墻、自動點火系統(tǒng)、控制及監(jiān)控保護系統(tǒng)等設備。

地面火炬的點火系統(tǒng)主要由長明燈、高效燃燒器、自動點火系統(tǒng)組成。地面火炬使用的長明燈要求抗風能力好，節(jié)約燃料，操作簡易等特征；長明燈點火操作包括自動點火和傳導式點火方式，以確保長明燈燃燒火焰穩(wěn)定、安全可靠。燃燒器是點火系統(tǒng)的火焰燃燒好壞的關鍵設備，按結構分為單孔和多孔結構，按分級情況可分為單級和多級燃燒器。目前地面火炬一般采用多級、多孔結構的燃燒器，有利于泄放氣與空氣的均勻混合，擴大燃燒氣與空氣的接觸面，同時使用PLC自動控制的多級燃燒系統(tǒng)，以適應燃料爐對泄放量變化的能力，保證在不同流量的泄放氣量下也能保障較好的燃燒效果。

自動點火系統(tǒng)的附屬部分還包括自動點火控制箱和自動控制精密度高的儀器儀表。配有UPS電源的點火系統(tǒng)，可保證停電事故狀態(tài)火炬能夠自動點火。自動點火系統(tǒng)可通過自帶的PLC系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)相連，實現(xiàn)遠程控制，出現(xiàn)事故時保證火炬的燃燒。地面火炬長明燈設置有火焰檢測和熄火儀器，采用熱電偶探測和紫外線火焰探測設備來監(jiān)測火焰狀態(tài)；設置長明燈燃料氣壓力、燃料氣管線、氮氣壓力實時監(jiān)控、低壓報警系統(tǒng)，確保點火系統(tǒng)的有效運作。

2 地面火炬的工藝要求

地面火炬工藝流程主要是裝置排放氣經(jīng)過放空系統(tǒng)收集后，通過放空主管線進入凝液罐進行分液處理，再經(jīng)過水封罐液封作用，最后排放至高效燃料器進行燃燒。地面火炬系統(tǒng)的工藝和安全選型[3，4]，必須考慮上游裝置在正常生產(chǎn)、開停工及事故狀態(tài)時所排放的氣體量容積，可安全及時地排放正常燃燒，在任何工況下均能保證火炬界區(qū)內不造成設備損壞及上游裝置設備的安全，避免發(fā)生憋壓、回火、火雨、設備喘震等現(xiàn)象。地面火炬的工藝選型上除了硬件設備選型外，還需配備一定的參數(shù)監(jiān)測和安保措施等軟件設施，選擇可靠性強的PLC控制系統(tǒng)，與DCS集成式控制系統(tǒng)通信兼容，實現(xiàn)遠程控制火炬的正常運轉。

對于火炬燃燒器的選型，根據(jù)上游裝置各種工況下所排出的氣體量大小，通過Pro-II或Aplus等工藝軟件計算，得到合適的燃燒器數(shù)量和級數(shù)，使得每只燃燒器在設計工況下正常工作。在空間布置上火炬燃燒器采用特殊的分級形式，利用分級閥組使得燃燒器數(shù)量得以控制，增加火炬氣在燃燒器前后的壓差，從而提高了火炬氣噴射速度，利用抽真空原理使足量的空氣被吸入，形成輻射率低的無煙燃燒。通過燃燒器的分級分組設置，將裝置小流量排放氣一直連續(xù)排出燃燒，其他的燃燒器關閉不參與燃燒，這樣使燃燒器的使用壽命得到延長。

3 地面火炬應用情況

某重油加氫裝置的排放氣工藝參數(shù)見表1，排放氣主要富含氫氣和甲烷等可燃氣體，最大體積流量達到2 100 m3/min。選擇火炬時要求在滿足工藝條件的前提下，合理布置，減少占地，系統(tǒng)可靠運行，操作簡易，維護檢修方便，公用工程消耗經(jīng)濟、合理；同時還要求火炬設計應保證最大排放量時，無煙燃燒，外部無明火。裝置地面各點的熱輻射和噪音要求滿足國家標準。

表1 排放氣工藝參數(shù)

根據(jù)工藝條件要求分析，該重油加氫裝置建設地面火炬來處理裝置生產(chǎn)期間或停電等事故排放氣，保證全裝置在緊急狀態(tài)下能及時完全燃燒最大量的泄放火炬氣。該裝置選擇為全天候、全自動控制、無人值守型地面火炬，設置有自動點火、就地手動點火、DCS控制室遠程點火三種點火方式，更加有效地保障了火炬氣燃燒的可靠性。按照API標準規(guī)范要求及現(xiàn)場實際情況，設計火炬燃燒塔體內設置3支長明燈，每支長明燈設置有紫外線火焰檢測器，且采用節(jié)能型長明燈，燃氣耗量僅為1.5 m3/h，抗風等級達到11級，點火方式采用電極打火形式。

地面火炬采取多級燃燒器組形式，保證排放氣完全燃燒，增加地面火炬塔中部火焰的高度，實現(xiàn)火焰之間相互粘連，充分保證了點火的可靠性；火炬設置水封罐、氮氣吹掃兩道防回火措施，水封罐可使裝置和火炬設施有效隔離，在燃燒塔界區(qū)內，燃燒塔底部還設置有可燃氣體報警儀、有毒氣體報警儀和工業(yè)攝像頭，有效監(jiān)測火炬火焰的燃燒情況。同時分液罐、水封罐、地面燃燒爐、火炬氣管道、燃料氣管道均設置靜電接地，筒體設置防雷接地。

該地面火炬除了選用可靠的硬件設備，配備一套穩(wěn)定的PLC控制系統(tǒng)，能夠較好地與中央控制室DCS系統(tǒng)相連[5]，實現(xiàn)操作人員的遠程監(jiān)測和控制，減少操作成本和提高安全性能。該地面火炬的凝液罐設置了液位上限報警值和下限報警值，液位高于高限值時啟動罐底泵，低于低限值時停止；水封罐設置液位上限報警值和下限報警值，液位高于高限值時關閉水封閥，低于低限值時打開水封閥；同時還設置4個可燃氣體探測器探測和4個有毒可燃氣體探測器探測(信號均四取一)，有任意信號超限均可報警；該裝置的地面火炬共設置了5級燃燒器組，每組燃燒器根據(jù)排放氣管線上的兩個壓力探測點測定值，均有對應的壓力聯(lián)鎖條件和聯(lián)鎖動作，具體聯(lián)鎖邏輯見表2。地面火炬的自動點火條件一是3個熱電偶探測溫度信號3個溫度都低于50 ℃；二是三個火焰探測器探測火焰，三個都探測不到火焰；當以上兩個條件都具備時啟動自動點火和開點火器電磁閥，點火時間為12 s，點火時間超過12 s后如果還沒有探測到火焰則發(fā)出點火失敗的報警。

表2 多級燃燒器組的聯(lián)鎖邏輯

該重油加氫裝置地面火炬在實際使用過程中，在泄放火炬氣時爐膛不產(chǎn)生脈震，其燃燒所產(chǎn)生的噪聲在50～70 dB間，低于國家標準要求的防火墻外噪聲低于75 dB的要求；燃燒塔頂部未出現(xiàn)黑煙冒出，外界看不見光。地面火炬燃燒爐由于內襯耐熱搗打澆筑襯里，保證較低的外表溫度在60～70 ℃(低于國家標準要求的80 ℃)，實現(xiàn)了燃燒塔內部很好的熱穩(wěn)定性和很低的高溫導熱系數(shù)，防火墻外界不受筒體內部溫度急速變化的影響，隔離墻外熱輻射強度小于1.58 kW/m2。無論是裝置緊急泄壓時較大的負荷工況，還是處理小排量置換廢氣時，均可以滿足火炬氣的正常燃燒。同時火炬排放煙氣林格曼黑度小于1級，氮氧化物排放濃度小于150 mg/m3，一氧化碳排放濃度小于80 mg/m3，符合國家環(huán)保要求。

4 結語

a)安全監(jiān)控系統(tǒng)與其他自動控制系統(tǒng)相結合，可以保證地面火炬在加氫裂化裝置在控制噪音、熱輻射和排放煙氣質量等方面優(yōu)勢，應用穩(wěn)定可靠。

b)地面火炬選型上除了良好的設備材質要求外，還需要選擇可靠的PLC控制系統(tǒng)，建立與DCS系統(tǒng)的兼容相連，實現(xiàn)遠程監(jiān)測和控制火炬的運行。

c)地面火炬實際應用中，在最大量排放負荷下，噪聲、光輻射、熱輻射及排放煙氣的質量均超過了國家標準的要求，達到了安全、環(huán)保、衛(wèi)生排放指標。

[1] 陸林軍. 大型石油化工裝置火炬系統(tǒng)的設置[J].上海化工，2006(11)：26-28.

[2] 張紅靜. 關于地面火炬和高架火炬的對比研究[J].中國石油和化工標準與質量，2013(2):81

[3] 張敏丹，胡中杰. 地面火炬的設計選型[J]. 化學時刊，2015，29(5)：11-13.

[4] 季金華，朱耀莉. 地面火炬的安全應用[J].安全、健康和環(huán)境，2013，2(3):13-15.

[5] 俞金壽，何衍慶. 集散控制系統(tǒng)原理及應用[M].北京：化學化工出版社，1995.

ApplicationandPracticeofSafetyMonitoringSystemintheGroundFlareUnit

Hu Honghui

(Hebi Huashi Unit Energy Technology Co. Ltd., Henan, Hebi, 458000)

The safety monitoring system which including automatic control, field testing equipment, etc. are introduced in this paper, then the application of safety monitoring system, DCS and SIS control system are elaborated, which is beneficial to the stability of the ground flare in the production equipment.

ground flare; safety monitoring system; craft interlocking; stability

2016-10-19

胡紅輝，助理工程師，2009年畢業(yè)于浙江理工大學過程裝備與控制工程專業(yè)，現(xiàn)從事懸浮床加氫技術管理工作。