工藝水汽提裝置尾氣燃燒邏輯聯鎖的設置

項飛

（中國昆侖工程公司，北京100037）

聚酯裝置的工藝廢水主要來源包括：酯化反應產生的工藝水，主要有害雜質由乙二醇、乙醛、二惡烷等有機物組成；縮聚反應尾氣在尾氣洗滌塔中經工藝水淋洗后產生的廢水。聚酯裝置的廢氣來源亦包括兩部分：酯化工藝塔塔頂尾氣；縮聚真空系統產生的尾氣。

由于國內各地對環保的要求越來越嚴格，有毒、有害的廢水、廢氣不可隨意排放至自然環境中。基于環保的要求，中國昆侖工程公司在自主研發的聚酯工藝包中增加了一個流程用于處理其裝置中產生的廢水、廢氣，即工藝水汽提裝置，并且經工藝水汽提裝置處理后的氣相物質還可送入熱媒爐內作為燃料燃燒，進一步實現了節能優化的目的。

在尾氣處理及燃燒的流程中，需要設置相關的邏輯聯鎖，以保證整個過程的安全可靠。盡管工藝水汽提裝置在聚酯裝置上的應用已有數十套，然而由于業主的操作習慣、要求以及各設計人員認知的不同，上述的邏輯聯鎖的設置亦不盡相同，甚至有個別項目未設置相關聯鎖保護，操作均由操作人員手動完成。筆者將近些年所參與的項目中設置的相關聯鎖進行闡述，提供一種較為優化的方案，以供同行參考。

1 工藝流程概貌

工藝水汽提裝置的基本流程如圖1所示。來自聚酯裝置的廢水收集在工藝廢水收集槽（47-T01）中，再通過廢水輸送泵（47-P01）把聚酯廢水送入汽提塔（47-C01）頂部向下噴淋，聚酯廢氣經蒸汽噴射泵（47-J01）引入汽提塔中上段，0.3 MPa蒸汽從汽提塔底部引入，當廢水與蒸汽充分接觸后，廢水中低沸點的有機物如乙醛、二惡烷等雜質從廢水中脫除并進入氣相，氣相尾氣從汽提塔塔頂排出，經三通閥排放至大氣或送入熱媒站熱媒爐內焚燒，進一步實現節能的目的。汽提塔塔底的凝液經此流程處理后，幾乎不含乙醛、二惡烷等有機物，其廢水COD值大幅下降。處理后的凝液經廢水出料泵（47-P02）及工藝廢水換熱器（47-E02）冷卻換熱后送至污水處理系統做最終處理。另外流程中增設工藝廢水換熱器（47-E01）用于聚酯工藝廢水同塔底凝液的熱交換，從而提高了處理效果，節省了能源消耗。

圖1 工藝水汽提裝置基本流程示意

上述流程中，經汽提處理后的氣相尾氣由于有可燃氣體存在，具有危險性，且其最終處理后的尾氣可送入熱媒爐內燃燒，該控制燃燒的過程，需要設置一定的相關邏輯聯鎖，才能保證其整個過程的安全可靠。因此，在工藝流程的設置上，增設一條氮氣管線，連接在三通閥與去各路熱媒爐爐前開關閥之間的管線上。當尾氣燃燒操作啟動前及停止后，必須向該段管道中充入一定量的氮氣，保證管道內的可燃氣體排凈或者維持爆炸下限以及保持一定的正壓，以避免下次啟動燃燒操作過程時，發生熱媒爐回火事故。除工藝流程的安全措施外，尾氣燃燒的相關安全操作需要靠儀表的設置以及相應的聯鎖進行保護。

2 尾氣燃燒操作過程及邏輯聯鎖分析

2.1 尾氣燃燒操作的影響因素

1）汽提塔塔頂尾氣壓力。汽提塔塔頂尾氣出口管線上設置了壓力變送器（PIA-47005），其信號引入PLC，并且在PLC系統內設置高報警及低報警。如果出口壓力過高，會對熱媒爐內的燃燒火焰產生沖擊，壓力過低又易引起回火，因而只有此處壓力未發生高、低報警的情況下才可進行尾氣燃燒過程。

2）熱媒爐允許燃燒信號。該信號來自于熱媒爐隨機控制柜，是熱媒爐控制系統根據熱媒爐運行情況進行綜合判斷而送出的信號。該信號可以是PLC自動送出的，亦可為操作人員通過判斷熱媒爐運行情況，通過熱媒爐隨機控制系統手動送出的允許燃燒信號。

3）尾氣燃燒操作前進行的充氮過程。充氮操作可有限避免熱媒爐回火以及爆炸情況的發生。進行尾氣燃燒操作需保證充氮過程在15 min內完成，15 min后，禁止手動尾氣燃燒操作，需重新進行充氮過程后方可操作。

2.2 尾氣燃燒的操作過程

汽提塔尾氣燃燒或排放，即熱媒爐（50 H01A，50H01B，50H01C，50H01D）爐前尾氣進氣閥（XV-47031～47034）的開或關，均受控于熱媒爐隨機控制柜給出的允許燃燒信號。4臺熱媒爐中有1臺或2臺送出允許燃燒信號即可燃燒尾氣。打開爐前進氣閥的操作需手動完成：當操作站顯示收到熱媒爐允許燃燒的信號時，操作人員在操作站上采用手動控制方式，先打開充氮氣閥（XV-47017），吹掃管道5 min后，自動關閉XV-47017。然后可手動打開允許燃燒尾氣熱媒爐的爐前進氣閥（在XV-47031～47034中選擇）及汽提塔尾氣控制閥（XV-47016）。若允許燃燒的信號消失，自動關閉相應熱媒爐的爐前進氣閥（XV-47031～47034）。當允許燃燒信號全部消失時，自動切換汽提塔XV-47016閥至放空狀態。工藝廢水汽提塔尾氣出口壓力（PI-47015）設置高報警和低報警，供操作人員判斷尾氣壓力狀況，并參與相關尾氣燃燒聯鎖。另在尾氣燃燒之前的充氮過程結束后，若15 min內未打開任何爐前進氣閥，則需重新進行充氮過程，才可實施手動燃燒尾氣操作。當汽提塔XV-47016閥由“送氣”狀態轉為“放空”狀態時，亦自動進行5 min的充氮操作。

3 尾氣燃燒邏輯聯鎖的實現

由于工藝水汽提的控制、顯示、報警、邏輯的實現會由于項目的不同而不同，有的是單獨采用一套PLC控制，有的裝置是信號引入聚酯DCS，并且不同項目PLC或DCS的品牌亦不盡相同。為了使文中所述邏輯聯鎖具有通用性，下面將以符合ANSI/ISA-5.2—1976標準的邏輯圖的形式對其進行表述，其操作系統擬采用PLC控制系統。

3.1 充氮操作邏輯

在PLC控制系統操作界面上設置手動開關HS-47017O及HS-47017C，分別用于開關XV－47017閥，當點擊HS-47017O時打開XV-47017閥，5 min后自動關閉。另當尾氣燃燒過程時，XV-47016閥由“燃燒”狀態轉為“排放”狀態時，XV-47017閥亦進行相同動作，邏輯功能見表1所列。

表1 充氮操作邏輯功能

3.2 熱媒爐前尾氣進氣閥開/關邏輯聯鎖

在PLC控制系統操作界面上設置手動開關HS-47031O及HS-47031C，分別用于開關熱媒爐爐前尾氣進氣閥（XV-47031），只有保證工藝廢水汽提塔尾氣出口壓力（PI-47015）未有高報警和低報警，進氣閥對應熱媒爐送出尾氣燃燒允許信號，且充氮過程在15 min之內完成，即可手動打開XV-47031閥。若上述條件有任一因素未滿足，則XV-47031閥無法打開，且尾氣燃燒過程中若發生PI-47015異常或允許燃燒信號消失，則自動關閉XV-47031閥，邏輯功能見表2所列。

表2 熱媒爐前尾氣進氣閥開/關邏輯功能

3.3 汽提塔氣相出口三通閥排放/燃燒邏輯聯鎖

PLC控制系統操作界面上設置緊急排放按鈕開關（HS-VENT），用于當發生緊急狀態時，操作人員手動切斷所有尾氣燃燒管線。同時，此邏輯還應實現當進行尾氣燃燒時，有任一爐前尾氣進氣閥打開時，XV-47016閥自動切換為“燃燒”閥位狀態，而所有爐前尾氣進氣閥關閉時，XV-47016閥自動切換為“排放”閥位狀態。邏輯功能見表3所列。

表3 三通閥排放/燃燒邏輯功能

4 結束語

文中關于汽提塔尾氣燃燒邏輯聯鎖的設置可作為此類項目的參考，然而在邏輯聯鎖實現的過程中，由于受用戶的實際操作水平、操作習慣等因素的影響，最終方案亦有所不同。例如筆者所參與的項目中，有的用戶就取消了汽提塔尾氣出口壓力（PI-47015）高、低報警的聯鎖條件，而僅作為操作人員判斷尾氣狀況的提示報警，防止由于汽提塔操作的波動而引起的尾氣燃燒過程的時常中斷，而同時也失去了相應的安全級別，需要操作人員有很高的經驗水平；也有用戶取消了熱媒爐爐前進氣閥在PLC上設置的對應手動開關，如HS-47031O和HS-47031C等，取而代之的是當熱媒爐尾氣允許燃燒信號為“1”時，自動打開XV-47031閥。因此，在實現邏輯聯鎖的過程中，在完成功能測試之前，應與最終用戶協商，結合用戶的意見和建議，選取最優的方案。

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