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李強（1976-）

男，浙江杭州人，畢業(yè)于武漢理工大學自動化專業(yè)，現(xiàn)就任于浙江中控技術股份有限公司，專業(yè)從事控制系統(tǒng)設計、應用、工程項目實施等工作。



摘要：本文簡要介紹了無煙低噪音環(huán)保型地面火炬的主要工藝流程，重點闡述了無煙低噪音環(huán)保型地面火炬自動控制的總體設計方案，總結(jié)了現(xiàn)場應用情況。

關鍵詞：地面火炬；自動控制；火炬氣；廢氣焚燒

Abstract: The paper introduces briefly the key process flow of Smoke-free 
environment-friendly low-noise device ground flare. Its main design scheme is discussed,
 and some application examples are also given.

Key words: Ground flare; Automatic control; Flare-gas; Emissions from burning

1  概述

    火炬氣是石油化工行業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣，屬于易燃易爆有毒有害氣體。由于火炬氣危害很大，不能采用直接放空的方式，處理方式廣泛采用的是高架火炬、或地面火炬。地面火炬與高架火炬相比，更先進、更有效、更安全。

    無煙低噪音環(huán)保型地面火炬是一種新型的地面火炬系統(tǒng)，該地面火炬正逐漸成為各個石化企業(yè)、天然氣企業(yè)進行火炬氣體處理的首選。該地面火炬裝置是一種極為有效的封閉式廢氣焚燒系統(tǒng)，由多級燃燒器組成，使排放氣的壓力始終保持在最佳的范圍內(nèi)，保證其充分的燃燒，火炬的燃燒火焰完全封閉在燃燒室內(nèi)，用于隔熱的陶瓷纖維具有極好的吸音效果，使焚燒系統(tǒng)達到了無煙、低熱輻射，低噪音和完全的燃燒。

    2008年某公司芳烴聯(lián)合裝置采用了浙江中控技術股份有限公司的WebField控制系統(tǒng)（DCS）進行自動控制，該聯(lián)合裝置中有一套無煙低噪音環(huán)保型地面火炬裝置，此套地面火炬裝置自應用DCS一次開車成功以來，一直平穩(wěn)運行至今，并且取得了較好的控制效果。

2  主要設備和工藝流程

    該套地面火炬裝置的主要設備包括：

    (1) 共有2套新型無煙低噪音環(huán)保型圓柱形焚燒爐。焚燒爐示例圖如圖1所示。

                                        圖1   圓柱形焚燒爐

    (2) 共有3套長明燈，每套安裝2臺電點火裝置，共6臺電點火裝置。長明燈示例圖如圖2所示。

                                         圖2   長明燈

    (3) 共有102臺地面燃燒器。燃燒器示例圖如圖3所示。

                                           圖3   燃燒器

    (4) 1個分液罐（配1臺污油泵），1個水封罐（配1臺新鮮水補水調(diào)節(jié)閥和1臺污水泵）。

    (5) 燃料氣管道，分成3路進入長明燈，為長明燈點火提供燃料。

    (6) 中壓蒸汽管道，分成5路進入焚燒爐，以消除排放氣焚燒時產(chǎn)生的黑煙。

    (7) 氮氣管道，分成2路對火炬氣排放閥后管路進行氮氣吹掃，以維持排放管道的微正壓，防止空氣倒流進入排放氣管道。

    石油化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量高壓火炬氣首先經(jīng)過分液罐進行處理，產(chǎn)生的污油經(jīng)過污油泵排出；經(jīng)過分液罐處理后的火炬氣進入水封罐進行處理，產(chǎn)生的污水經(jīng)過污水泵排出；處理過的火炬氣分成多路進入焚燒爐（地面火炬裝置）的燃燒器進行完全封閉燃燒。

    其工藝流程框圖如圖4所示。

                                 圖4   地面火炬裝置工藝流程框圖

3  總體設計方案

3.1 WebField控制系統(tǒng)（DCS）

    該套地面火炬裝置的WebField控制系統(tǒng)（DCS）由1個操作站、1個工程師站、1個控制站和一套過程控制網(wǎng)絡組成。同時將WebField控制系統(tǒng)（DCS）與生產(chǎn)調(diào)度管理中心通過網(wǎng)橋進行數(shù)據(jù)傳送，達到了實時監(jiān)視與管理的目的。該套地面火炬裝置的總體配置圖如圖5所示。

                                    圖5   地面火炬裝置總體配置圖

3.2 系統(tǒng)配置

    結(jié)合地面火炬裝置的工藝特點。在設計控制系統(tǒng)時突出了以下配置：

    （1）為滿足地面火炬裝置的控制要求并便于控制系統(tǒng)維護與檢修，地面火炬裝置單獨配置了1個控制站； 

    （2）控制系統(tǒng)的主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、系統(tǒng)電源、通訊網(wǎng)絡、供電系統(tǒng)等采用了雙重冗余配置；

    （3）控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設備之間的模擬量采用安全柵進行隔離、開關量輸入信號DI和輸出信號DO均采用繼電器進行隔離；

    （4）針對不同工藝參數(shù)的報警需要分別采用了不同的報警分區(qū)、不同的報警聲音來提示操作人。

    該地面火炬裝置規(guī)模如表1所示。

                                        表1   地面火炬裝置I/O表

3.3 主要控制回路

    地面火炬系統(tǒng)的控制比較復雜，主要的控制有：

    （1）分液罐液位聯(lián)鎖控制

    當分液罐液位高于高限值，報警并打開污油泵；當分液罐液位低于低限值，報警并停污油泵。

    （2）水封罐水封側(cè)液位控制

    采用單回路調(diào)節(jié)補水調(diào)節(jié)閥的開度使水封罐水封側(cè)液位控制在要求范圍內(nèi)。同時當水封罐水封側(cè)液位高于高限值，進行高報警；當水封罐水封側(cè)液位低于低限值，進行低報警。

    （3）水封罐溢流側(cè)液位控制

    當水封罐溢流側(cè)液位高于高限值，報警并打開污水泵；當水封罐溢流側(cè)液位低于低限值，報警并停止污水泵。

    （4）火炬長明燈控制

    所有長明燈都是單獨進行控制的，控制程序相同，互相獨立，同步進行。對應每支長明燈的計時器需單獨定義，也是互相獨立的。長明燈控制是一個邏輯順控過程，其順控圖如圖6所示。

    長明燈點火前提是：長明燈火焰無火、排放氣總管壓力小于規(guī)定值、焚燒爐筒體可燃氣濃度小于規(guī)定值，以上應同時滿足才能進行點火。

    長明燈燃料氣閥、點火槍燃料氣閥、點火器均有手動和自動兩種控制方式。

    在手動控制方式下，通過軟按鈕操作來控制相應“開”和“關”的動作。

    在手動控制方式下，點火動作持續(xù)60s后自動停止，可通過軟按鈕再次進行。

    在自動控制方式下，根據(jù)放空檢測信號和長明燈溫度信號自動控制點火。

    在自動控制方式下，允許在點火不成功后間隔一個時間后再次自動點火的動作，程序設定允許連續(xù)3次，每次60s，間隔10s。

                                  圖6   長明燈裝置程序框圖

    （5）火炬氣排放閥控制

    排放閥控制用來保證工藝裝置泄放的氣體在焚燒系統(tǒng)燒嘴處滿足最佳燃燒的壓力條件，依據(jù)燒嘴的設計參數(shù)，用排放氣管路切斷閥的開或關來調(diào)整排放氣燒嘴的級組，以使排放氣在燒嘴口能夠得以充分的燃燒。

    排放閥門的輸出狀態(tài)由設置在放空總管上的壓力進行控制，其狀態(tài)序列由此壓力與排放閥門開關閾值表比較后決定增、減或保持，閥門動作序列由排放閥門狀態(tài)表決定。排放閥門狀態(tài)如表2所示。

                                             表2   排放閥門狀態(tài)表

    此表需預先定義，用于查表決定排放閥的開/關狀態(tài)(1為開，0為關)，排放閥的動作必須按表中序列逐級增或減，不得出現(xiàn)跳級控制，也不得出現(xiàn)未在表中列出的組合狀態(tài)。按排放閥門開關域值表進行開關閥門。排放閥門開關域值表如表3所示。

表3   排放閥門開關域值表

    此表需預先定義，用于查表決定排放閥的開/關動作壓力值。

    排放壓力>PH時排放閥開啟；排放壓力<PL時排放閥關閉。

    （6）中壓蒸汽閥控制

    中壓蒸汽閥控制用來控制蒸汽引射量以消除排放氣焚燒時產(chǎn)生的黑煙，依據(jù)排放氣焚燒所需的空氣，控制引射蒸汽量。蒸汽閥門的開度依據(jù)排放氣總管實測壓力對應蒸汽閥門開度表中的數(shù)據(jù)進行線性插值而得到的閥門開度值。蒸汽閥門開度如表4所示。
                                      
                                       表4   蒸汽閥門開度表

    此表需預先定義，用于查表決定蒸汽閥的開度(%)。蒸汽閥2～5在對應級別的排放閥打開時投入使用，但在VS<1時應該關閉。

    （7）氮氣閥控制

    氮氣閥用來對排放閥后管路進行氮氣吹掃，以維持排放管道的微正壓，防止空氣倒流進入排放氣管道。

4  應用情況

    本套地面火炬裝置自應用DCS投運以來，運行良好，控制功能完全滿足工藝的要求，主要具有以下幾個特點：

    （1）系統(tǒng)高度的穩(wěn)定性和安全性，完全滿足地面火炬裝置的需要

    系統(tǒng)對主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、控制網(wǎng)絡及控制回路采用冗余設計，在技術上充分保證了系統(tǒng)的高度可靠性，規(guī)范的工程組態(tài)與實施，以及DCS可靠、安全的在線下載功能，既有效降低了投運期間的工作量，又保障了正常生產(chǎn)期間的安全。裝置自投運以來，從未有因控制系統(tǒng)原因而影響裝置的正常生產(chǎn)的情況發(fā)生。

    （2）系統(tǒng)強大的組態(tài)和軟件功能，滿足不同用戶及裝置的各種要求

    WebField控制系統(tǒng)（DCS）提供全中文集成化圖形界面組態(tài)工具，人機界面友好、軟件設計規(guī)范化、接口靈活、升級方便，可以很好滿足石化生產(chǎn)過程中的各種需求。本裝置中針對裝置特點，控制方案設計全面、可靠，操作簡便，具有詳盡的事故判斷及快速響應能力，對各種意外情況能進行正確、有效的提示和處理，減輕了操作人員的勞動強度，提高了勞動生產(chǎn)率，同時對于不同工藝參數(shù)的報警采用不同的分區(qū)、不同的表示方式，有利于操作人員直觀查找。

    （3）自控投運率高，具有推廣使用意義

    工藝正常的情況下，自動控制投運率在95%以上，尤其是裝置中較為復雜的控制方案，也得到了實踐檢驗，用戶對控制系統(tǒng)的技術指標非常滿意。

參考文獻

[1]  WebField控制系統(tǒng)（DCS）說明書.浙江中控技術股份有限公司，2003.

[2] 蔣世干，王爾菲，李銳.石油化工工藝學.中國石化出版社，2003.

[3] 張志剛.地面火炬安全風險的探討與分析.煉油技術與工程，2007.

[4] 繆鵬飛.地面火炬的安全防護距離.消防技術與產(chǎn)品信息，2004.