火焰監測系統在燃氣加熱爐中的選型與應用

辛立坤

（天津大沽化工股份有限公司，天津300450）

按照應急管理部制定的《淘汰落后危險化學品安全生產工藝技術設備目錄（第一批）》之規定，未設置火焰監測的燃氣加熱爐屬限制淘汰設備，需限期整改。本文討論火焰監測在某箱式加熱爐中的應用，加熱爐的整體結構為兩個輻射室公用一個對流室和一根煙囪。每臺加熱爐輻射室內有兩排立管，三排底燒燃燒器，每排6臺燃燒器，共18臺，兩個輻射室共36臺燃燒器。

目前國內有多種形式的火焰監測系統，主要有防爆耐高溫內窺式監視系統、紅/紫外線火焰檢測器、離子棒火焰檢測器（主要用于檢測長明燈火焰）對加熱爐燃燒器進行火焰檢測。

熄火保護系統是火焰檢測系統檢測“有/無”信號，進入DCS控制系統，及時向操作人員發出報警信息，操作人員或DCS控制系統可以根據報警信息迅速判斷熄火情況并及時切斷燃料，保證安全連鎖停車，避免爐膛燃料聚集而發生爆炸。加熱爐在正常運轉而沒有火焰檢測的情況下，如果火焰熄滅，而操作人員不能及時切斷燃料輸送，未完全燃燒的燃料與空氣混合氣就會進入爐膛內部，當未燃燒的燃料和空氣混合達到一定比例后，且爐膛內部溫度較高的情況下，加熱爐內部就會發生局部爆燃現象，嚴重的情況下會發生容器爆炸并對周圍操作人員、設備管道和環境造成傷害。

1 火焰監測系統選型

1.1 防爆耐高溫內窺式監視系統

防爆耐高溫內窺式監視系統是一種監視整個爐膛工況的彩色工業電視監視系統且具有火焰熄滅報警功能[1]，操作人員利用該系統在DCS控制室可以通過相關指令對前端設備進行遠程控制，在線監測爐膛內的工作狀態，監視火焰燃燒、霧化、燃燒器、保溫層、爐嘴結焦情況等。對視場內火焰的燃燒狀況進行計算處理，并能及時判別和發現火焰熄滅并及時報警，使得裝置避免安全事故發生。

系統由三個基本部分組成：前端探頭，數據傳輸，后端控制。前端部分，探頭部分通過傳動裝置固定在爐壁開孔位置，通過風冷等結構的特殊設計，達到長時間可靠運行，系統可實現操作人員在監控室實時掌握爐內視頻圖像等情況，并可查詢歷史記錄信息，火焰熄滅報警和火災報警。

產品后臺平臺軟件采用工業標準面向服務的架構，為網絡化軟件平臺。構建集圖像顯示、火焰熄滅和起火報警分析、圖像和數據存儲、管理為一體的綜合管理平臺。系統管理平臺通過良好的分層結構以及C/S架構，有效的降低系統構建的復雜度、提高分布式部署的靈活性，同時可提供統一的內、外部接口服務，已便于擴容和集中管理。

1.2 離子棒火焰檢測器

離子棒火焰探測器主要用于燃氣工業燃燒器、加熱爐爐的火焰監測。檢測性能可靠，可以排除積炭、布線分布電容的影響，只對火焰敏感，對高溫無反應，具有強抗干擾性能。燃燒反應過程存在離子反應，由于火焰中存在在正負離子，電場施加于火焰時，外電路即可產生微弱的電流，且火焰離子電流具有明顯的單向導電性。離子棒火焰檢測器是利用火焰的單向導電原理而研制成的火焰檢測裝置，此裝置由傳感器和監測器兩部分組成。傳感器是具有良好導電作用的電極，即火焰檢測電極。燃燒時，火焰產生流經燃燒器接地回路的微弱的火焰離子電流，當火焰檢測電極接觸到電流時，該信號經監測放大處理后，給出火焰指示，控制系統根據信號發出相應的指令，來實現燃料閥口的打開、關閉和報警功能。

1.3 紅/紫外線火焰檢測器

此火焰檢測器是應用了固態火焰檢測傳感器的微處理器設備[2]，響應紫外光譜為295~340nm波長。它設有一個可以自動設定開/關的內部繼電器，代替遠程放大器或者火焰開/關。

火檢探頭檢測目標火焰產生的調制振幅（即火焰閃爍特性），可檢測寬廣的頻率。這種通過檢測紫外線強度及“閃爍”頻率來將目標火焰從背景火焰區別開的檢測原理被稱為動態檢測原理。在探頭的程序設定中，目標火焰的振幅將會與最佳的開/關值一起被自動儲存。探頭具有全部自診斷和電子自檢功能。

在探頭本體上通過按鈕式鍵盤和LED顯示屏來形成操作界面。它能連續顯示火焰信號、火焰繼電器狀態、所選運行模式下的探頭狀態。可以在幾秒內通過簡單的按鍵操作完成設定程序。另外對于遠程界面控制，可輸出火焰開關信號、故障開關信號和4~20mA火焰強度信號。當燃燒器全部燃燒或部分燃燒時，均有顯示燃燒ON信號，只有當燃燒器全部滅掉時，顯示OFF信號。

2 選型對比

不同類型的火焰監測有不同的技術特點、安裝數量要求、投資費用等，表1就上述類型的火焰監測類型進行對比。

表1

3 總結

從技術特點看，三種方案都能滿足火焰監測的要求，在開孔數量方面，防爆耐高溫內窺式監視系統占據較大優勢，在投資費用上，防爆耐高溫內窺式監視系統與墻外紅/紫外線火焰檢測器差別不大，離子棒、紅/紫外線組合監測器費用最高。通常來講，在用燃氣加熱爐存在著停車周期較短，開孔位置不易確定等不良因素。因此在改造的過程中，變更幅度越小，開孔位置越少，越有利于設備的安全穩定運行，同時安全性能得到有效保障。同時考量各種火焰檢測器在加熱爐上的應用、使用效果、投資、可靠性等方面，防爆耐高溫內窺式監視系統最適用于此燃氣加熱爐。