煉油火炬安全運(yùn)行自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用與思考

（中國(guó)石油化工股份有限公司茂名分公司煉油分部瀝青車間，廣東 茂名 525000）

1 概述

在石油化工企業(yè)生產(chǎn)加工過程中，火炬是不可缺失的瓦斯氣排放設(shè)備。火炬氣多為可燃的有毒和腐蝕性氣體，火炬氣通過燃燒后，變成二氧化碳、二氧化硫和水蒸汽后等無害或毒性較小的物質(zhì)，降低對(duì)環(huán)境造成污染。在石油化工裝置正常生產(chǎn)情況下，火炬氣是被回收利用至各裝置的加熱爐作為燃料，因此火炬是在裝置緊急事故狀態(tài)或開、停工情況下為確保環(huán)境不受污染而設(shè)置的燃燒尾氣的設(shè)施。如何做到火炬在裝置正常運(yùn)行時(shí)的備用和裝置在事故狀態(tài)下緊急啟動(dòng)是火炬的關(guān)鍵技術(shù)。

2 茂名分公司火炬系統(tǒng)簡(jiǎn)介

茂名分公司火炬于2011異地重建，為了滿足煉廠不同壓力等級(jí)、介質(zhì)燃燒控制的需要，新建火炬設(shè)施分為低壓火炬系統(tǒng)、高壓火炬系統(tǒng)、煤制氫火炬、酸性氣火炬系統(tǒng)共四個(gè)捆綁式高架火炬。高低壓火炬可互相備用，以滿足火炬故障或檢修的需要。火炬系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備是火炬頭，技術(shù)核心就是火炬自動(dòng)控制系統(tǒng)，該技術(shù)采用了中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司七一一研究所的自卸式捆綁高架火炬專利技術(shù)，在火炬頭內(nèi)部設(shè)置多層錐形折流擋板所形成的氣體密封型式的流體密封體器，在流體密封器入口前端連續(xù)通入一定量的吹掃氣體,利用吹掃氣體在錐形折流擋板出口處形成的速度動(dòng)力封以有效阻止空氣進(jìn)一步進(jìn)入火炬筒體內(nèi),從而防止回火或內(nèi)部爆炸。

茂名分公司煉油火炬設(shè)置了兩套獨(dú)立的點(diǎn)火系統(tǒng)，確保火炬點(diǎn)火的可靠性。一套是地面內(nèi)傳焰點(diǎn)火系統(tǒng)，其UPS電源可維持30分鐘，在裝置停電時(shí)可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火操作，確保各火炬安全；另一套是高空電點(diǎn)火系統(tǒng)。高空電點(diǎn)火系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、控制室遙操、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)三種點(diǎn)火方式。

3 自動(dòng)點(diǎn)火控制系統(tǒng)的工作原理

火炬系統(tǒng)裝置DCS系統(tǒng)采用上海西門子工業(yè)自動(dòng)化有限公司的PCS7(PCS 7-OS Process Control)系統(tǒng)。系統(tǒng)平時(shí)處于監(jiān)控狀態(tài)，實(shí)時(shí)采集火炬各管道上的流量或壓力、開關(guān)量及火炬火焰信號(hào)，進(jìn)行分析處理。當(dāng)系統(tǒng)判斷出有尾氣排放且無火焰信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)通過分析比較發(fā)出點(diǎn)火指令：火炬系統(tǒng)一直處于一種監(jiān)控的狀態(tài)，每時(shí)每刻都在監(jiān)控著火炬管道中的氣流量和氣流壓力，以及開關(guān)量和火炬的火焰，把所采集到的信號(hào)進(jìn)行分析綜合處理。當(dāng)監(jiān)測(cè)到尾氣卻沒監(jiān)測(cè)到火焰的時(shí)候，火炬系統(tǒng)就會(huì)在分析比較結(jié)束后做出點(diǎn)火的指令。發(fā)出的點(diǎn)火指令較為常見的有：打開燃料氣等氣源的電磁閥，把燃?xì)廨斔偷礁呖仗幍狞c(diǎn)火器內(nèi)；燃?xì)獾竭_(dá)點(diǎn)火器后打開高壓發(fā)生裝置，使高空的點(diǎn)火器內(nèi)有高強(qiáng)度的電弧，然后，點(diǎn)燃點(diǎn)火器內(nèi)的燃?xì)獠⒁寂鋵?duì)長(zhǎng)明燈燃料氣而點(diǎn)燃火炬氣。火焰檢測(cè)器把檢測(cè)到的火炬火焰信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)，經(jīng)分析處理后，發(fā)出控制指令停止點(diǎn)火。火炬停止燃燒時(shí)，系統(tǒng)就處于監(jiān)控的狀態(tài)，當(dāng)高壓發(fā)生裝置停止運(yùn)行工作時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉點(diǎn)火系統(tǒng)的燃料氣電磁閥，停止燃?xì)獾墓?yīng)，使點(diǎn)火器停止工作，進(jìn)而整個(gè)系統(tǒng)便進(jìn)入總監(jiān)控狀態(tài)。如果出現(xiàn)大風(fēng)、雨雪等惡劣天氣，往往會(huì)造成火炬的熄滅，可保留火炬兩條長(zhǎng)明燈常燃，保證火炬氣在任何時(shí)候都可被點(diǎn)燃。

4 熄滅長(zhǎng)明燈的綜合考慮因素分析

由于火炬是確保裝置在非正常狀態(tài)下燃燒火炬氣達(dá)到安全環(huán)保排放的目的，目前石油化工行業(yè)火炬氣很少排放，基本都是熄滅的。但在火炬無火炬氣排放時(shí)，火炬長(zhǎng)明燈點(diǎn)與不點(diǎn)爭(zhēng)議較大。點(diǎn)長(zhǎng)明燈必然要浪費(fèi)燃料，不點(diǎn)長(zhǎng)明燈又需考慮安全系數(shù)。火炬氣排放分為兩種類型：確定性排放和非確定性排放。火炬運(yùn)行中的安全問題主要是火炬氣非確定性排放。對(duì)此火炬點(diǎn)火系統(tǒng)就必須具有非常快的響應(yīng)速度。因此在無火炬氣排放時(shí)火炬長(zhǎng)明燈的點(diǎn)與熄滅要綜合考慮以下幾點(diǎn)：

4.1 企業(yè)類型與大小。規(guī)模小的煉化企業(yè)，一般可考慮不點(diǎn)火炬長(zhǎng)明燈。但大型以上炬化企業(yè)由于裝置多，且處理能力大，一旦出現(xiàn)火炬點(diǎn)不著或不能及時(shí)點(diǎn)燃，就有可能發(fā)生嚴(yán)重污染環(huán)境事件，社會(huì)影響較大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，可考慮至少長(zhǎng)燃一條以上火炬長(zhǎng)明燈。

4.2 氣柜容量大小。如果企業(yè)的氣柜容量大于最大排放量裝置的最大排放量，又有可靠的高架火炬點(diǎn)火系統(tǒng)，可以考慮不點(diǎn)火炬長(zhǎng)明燈。

4.3 有無地面火炬。如果企業(yè)既有一定容量的氣柜，又有適當(dāng)規(guī)模的地面火炬和可靠的高架火炬點(diǎn)火系統(tǒng)，可以考慮不用點(diǎn)高架火炬的長(zhǎng)明燈。

4.4 高架火炬點(diǎn)火系統(tǒng)是否可靠。這是最為關(guān)健的因素，由前面所敘述火炬自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火原理可知，只有在檢測(cè)儀表、控制設(shè)備、執(zhí)行設(shè)備運(yùn)行正常以及燃料氣、電源、儀表氣源供給完全正常的條件下，火炬自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)才能有效工作。就點(diǎn)火系統(tǒng)本身的安全要求來說，比如高空點(diǎn)火器的燃料氣電磁閥發(fā)生電源故障、高空點(diǎn)火器上打火電極接線故障，或者點(diǎn)火電極積碳而不能產(chǎn)生電火花等等，如果用的時(shí)候不能及時(shí)點(diǎn)燃，那么對(duì)人、對(duì)企業(yè)和對(duì)環(huán)境所造成的危害程度是無法估量的，一般建議保留一條火炬長(zhǎng)明長(zhǎng)燃。

4.5 火炬所處位置也是考慮的方面。如煉化企業(yè)的火炬設(shè)置在無人區(qū)的海域，高架火炬的點(diǎn)火系統(tǒng)有日常管理和備用點(diǎn)火方式，當(dāng)自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)失效情況下，10分鐘內(nèi)能通過地面內(nèi)傳焰方式點(diǎn)燃火炬，那么火炬氣能被擴(kuò)散、稀釋的情況，也可考慮不用點(diǎn)高架火炬的長(zhǎng)明燈。

5 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

火炬自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)一經(jīng)投入使用，就大大節(jié)約了總廠的能源消耗，而且實(shí)現(xiàn)了環(huán)保的要求，減少尾氣的在大氣中的存在量。從節(jié)能角度來說，長(zhǎng)明燈每時(shí)每刻都要消耗很多的燃料氣，一個(gè)火炬上有好幾支長(zhǎng)明燈，成年累月下來，消耗量是可觀的。茂名分公司火炬因緊臨居民區(qū)，為了確保安全，兩條火炬系統(tǒng)共點(diǎn)4支長(zhǎng)明燈，每支長(zhǎng)明燈消耗燃料氣3m3/h，合計(jì)12m3/h，一年消耗105120立方米燃料氣。熄滅火炬長(zhǎng)明燈可給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

結(jié)語(yǔ)

火炬自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，給社會(huì)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但長(zhǎng)明燈的點(diǎn)與不點(diǎn)，各企業(yè)必須根據(jù)自身情況權(quán)衡利弊。茂名分公司自卸式捆綁高架火炬采用了先進(jìn)的火炬自動(dòng)控制專利技術(shù)，安全可操作性高，在地方政府完成附近居民遷移后，可考慮熄滅火炬長(zhǎng)明燈，減少火炬燃料氣的消耗。

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