李強(qiáng)（1976-）

男，浙江杭州人，畢業(yè)于武漢理工大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)就任于浙江中控技術(shù)股份有限公司，專業(yè)從事控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用、工程項(xiàng)目實(shí)施等工作。



摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了無(wú)煙低噪音環(huán)保型地面火炬的主要工藝流程，重點(diǎn)闡述了無(wú)煙低噪音環(huán)保型地面火炬自動(dòng)控制的總體設(shè)計(jì)方案，總結(jié)了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：地面火炬；自動(dòng)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(guò)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(jìn)、更有效、更安全。

    無(wú)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(gè)石化企業(yè)、天然氣企業(yè)進(jìn)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(jí)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(dá)到了無(wú)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(shù)股份有限公司的WebField控制系統(tǒng)（DCS）進(jìn)行自動(dòng)控制，該聯(lián)合裝置中有一套無(wú)煙低噪音環(huán)保型地面火炬裝置，此套地面火炬裝置自應(yīng)用DCS一次開(kāi)車成功以來(lái)，一直平穩(wěn)運(yùn)行至今，并且取得了較好的控制效果。

2  主要設(shè)備和工藝流程

    該套地面火炬裝置的主要設(shè)備包括：

    (1) 共有2套新型無(wú)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(zhǎng)明燈，每套安裝2臺(tái)電點(diǎn)火裝置，共6臺(tái)電點(diǎn)火裝置。長(zhǎng)明燈示例圖如圖2所示。

                                         圖2   長(zhǎng)明燈

    (3) 共有102臺(tái)地面燃燒器。燃燒器示例圖如圖3所示。

                                           圖3   燃燒器

    (4) 1個(gè)分液罐（配1臺(tái)污油泵），1個(gè)水封罐（配1臺(tái)新鮮水補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥和1臺(tái)污水泵）。

    (5) 燃料氣管道，分成3路進(jìn)入長(zhǎng)明燈，為長(zhǎng)明燈點(diǎn)火提供燃料。

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

    (7) 氮?dú)夤艿溃殖?路對(duì)火炬氣排放閥后管路進(jìn)行氮?dú)獯祾撸跃S持排放管道的微正壓，防止空氣倒流進(jìn)入排放氣管道。

    石油化工生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量高壓火炬氣首先經(jīng)過(guò)分液罐進(jìn)行處理，產(chǎn)生的污油經(jīng)過(guò)污油泵排出；經(jīng)過(guò)分液罐處理后的火炬氣進(jìn)入水封罐進(jìn)行處理，產(chǎn)生的污水經(jīng)過(guò)污水泵排出；處理過(guò)的火炬氣分成多路進(jìn)入焚燒爐（地面火炬裝置）的燃燒器進(jìn)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(shè)計(jì)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(gè)操作站、1個(gè)工程師站、1個(gè)控制站和一套過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)組成。同時(shí)將WebField控制系統(tǒng)（DCS）與生產(chǎn)調(diào)度管理中心通過(guò)網(wǎng)橋進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，達(dá)到了實(shí)時(shí)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(diǎn)。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)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(hù)與檢修，地面火炬裝置單獨(dú)配置了1個(gè)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(luò)、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(chǎng)設(shè)備之間的模擬量采用安全柵進(jìn)行隔離、開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)DI和輸出信號(hào)DO均采用繼電器進(jìn)行隔離；

    （4）針對(duì)不同工藝參數(shù)的報(bào)警需要分別采用了不同的報(bào)警分區(qū)、不同的報(bào)警聲音來(lái)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(fù)雜，主要的控制有：

    （1）分液罐液位聯(lián)鎖控制

    當(dāng)分液罐液位高于高限值，報(bào)警并打開(kāi)污油泵；當(dāng)分液罐液位低于低限值，報(bào)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(bǔ)水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度使水封罐水封側(cè)液位控制在要求范圍內(nèi)。同時(shí)當(dāng)水封罐水封側(cè)液位高于高限值，進(jìn)行高報(bào)警；當(dāng)水封罐水封側(cè)液位低于低限值，進(jìn)行低報(bào)警。

    （3）水封罐溢流側(cè)液位控制

    當(dāng)水封罐溢流側(cè)液位高于高限值，報(bào)警并打開(kāi)污水泵；當(dāng)水封罐溢流側(cè)液位低于低限值，報(bào)警并停止污水泵。

    （4）火炬長(zhǎng)明燈控制

    所有長(zhǎng)明燈都是單獨(dú)進(jìn)行控制的，控制程序相同，互相獨(dú)立，同步進(jìn)行。對(duì)應(yīng)每支長(zhǎng)明燈的計(jì)時(shí)器需單獨(dú)定義，也是互相獨(dú)立的。長(zhǎng)明燈控制是一個(gè)邏輯順控過(guò)程，其順控圖如圖6所示。

    長(zhǎng)明燈點(diǎn)火前提是：長(zhǎng)明燈火焰無(wú)火、排放氣總管壓力小于規(guī)定值、焚燒爐筒體可燃?xì)鉂舛刃∮谝?guī)定值，以上應(yīng)同時(shí)滿足才能進(jìn)行點(diǎn)火。

    長(zhǎng)明燈燃料氣閥、點(diǎn)火槍燃料氣閥、點(diǎn)火器均有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。

    在手動(dòng)控制方式下，通過(guò)軟按鈕操作來(lái)控制相應(yīng)“開(kāi)”和“關(guān)”的動(dòng)作。

    在手動(dòng)控制方式下，點(diǎn)火動(dòng)作持續(xù)60s后自動(dòng)停止，可通過(guò)軟按鈕再次進(jìn)行。

    在自動(dòng)控制方式下，根據(jù)放空檢測(cè)信號(hào)和長(zhǎng)明燈溫度信號(hào)自動(dòng)控制點(diǎn)火。

    在自動(dòng)控制方式下，允許在點(diǎn)火不成功后間隔一個(gè)時(shí)間后再次自動(dòng)點(diǎn)火的動(dòng)作，程序設(shè)定允許連續(xù)3次，每次60s，間隔10s。

                                  圖6   長(zhǎng)明燈裝置程序框圖

    （5）火炬氣排放閥控制

    排放閥控制用來(lái)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(shè)計(jì)參數(shù)，用排放氣管路切斷閥的開(kāi)或關(guān)來(lái)調(diào)整排放氣燒嘴的級(jí)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(shè)置在放空總管上的壓力進(jìn)行控制，其狀態(tài)序列由此壓力與排放閥門開(kāi)關(guān)閾值表比較后決定增、減或保持，閥門動(dòng)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(yù)先定義，用于查表決定排放閥的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)(1為開(kāi)，0為關(guān))，排放閥的動(dòng)作必須按表中序列逐級(jí)增或減，不得出現(xiàn)跳級(jí)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(kāi)關(guān)域值表進(jìn)行開(kāi)關(guān)閥門。排放閥門開(kāi)關(guān)域值表如表3所示。

表3   排放閥門開(kāi)關(guān)域值表

    此表需預(yù)先定義，用于查表決定排放閥的開(kāi)/關(guān)動(dòng)作壓力值。

    排放壓力>PH時(shí)排放閥開(kāi)啟；排放壓力<PL時(shí)排放閥關(guān)閉。

    （6）中壓蒸汽閥控制

    中壓蒸汽閥控制用來(lái)控制蒸汽引射量以消除排放氣焚燒時(shí)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(kāi)度依據(jù)排放氣總管實(shí)測(cè)壓力對(duì)應(yīng)蒸汽閥門開(kāi)度表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插值而得到的閥門開(kāi)度值。蒸汽閥門開(kāi)度如表4所示。
                                      
                                       表4   蒸汽閥門開(kāi)度表

    此表需預(yù)先定義，用于查表決定蒸汽閥的開(kāi)度(%)。蒸汽閥2～5在對(duì)應(yīng)級(jí)別的排放閥打開(kāi)時(shí)投入使用，但在VS<1時(shí)應(yīng)該關(guān)閉。

    （7）氮?dú)忾y控制

    氮?dú)忾y用來(lái)對(duì)排放閥后管路進(jìn)行氮?dú)獯祾撸跃S持排放管道的微正壓，防止空氣倒流進(jìn)入排放氣管道。

4  應(yīng)用情況

    本套地面火炬裝置自應(yīng)用DCS投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行良好，控制功能完全滿足工藝的要求，主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

    （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(duì)主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、控制網(wǎng)絡(luò)及控制回路采用冗余設(shè)計(jì)，在技術(shù)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(shí)施，以及DCS可靠、安全的在線下載功能，既有效降低了投運(yùn)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(yùn)以來(lái)，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(qiáng)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(jī)界面友好、軟件設(shè)計(jì)規(guī)范化、接口靈活、升級(jí)方便，可以很好滿足石化生產(chǎn)過(guò)程中的各種需求。本裝置中針對(duì)裝置特點(diǎn)，控制方案設(shè)計(jì)全面、可靠，操作簡(jiǎn)便，具有詳盡的事故判斷及快速響應(yīng)能力，對(duì)各種意外情況能進(jìn)行正確、有效的提示和處理，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，同時(shí)對(duì)于不同工藝參數(shù)的報(bào)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(yùn)率高，具有推廣使用意義

    工藝正常的情況下，自動(dòng)控制投運(yùn)率在95%以上，尤其是裝置中較為復(fù)雜的控制方案，也得到了實(shí)踐檢驗(yàn)，用戶對(duì)控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)非常滿意。

參考文獻(xiàn)

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