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李強（1976-）

男，浙江杭州人，畢業于武漢理工大學自動化專業，現就任于浙江中控技術股份有限公司，專業從事控制系統設計、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保型地面火炬的主要工藝流程，重點闡述了無煙低噪音環保型地面火炬自動控制的總體設計方案，總結了現場應用情況。

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生產過程中產生的廢氣，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。

    無煙低噪音環保型地面火炬是一種新型的地面火炬系統，該地面火炬正逐漸成為各個石化企業、天然氣企業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，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，保證其充分的燃燒，火炬的燃燒火焰完全封閉在燃燒室內，用于隔熱的陶瓷纖維具有極好的吸音效果，使焚燒系統達到了無煙、低熱輻射，低噪音和完全的燃燒。

    2008年某公司芳烴聯合裝置采用了浙江中控技術股份有限公司的WebField控制系統（DCS）進行自動控制，該聯合裝置中有一套無煙低噪音環保型地面火炬裝置，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臺新鮮水補水調節閥和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。

    石油化工生產過程中產生的大量高壓火炬氣首先經過分液罐進行處理，產生的污油經過污油泵排出；經過分液罐處理后的火炬氣進入水封罐進行處理，產生的污水經過污水泵排出；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（DCS）

    該套地面火炬裝置的WebField控制系統（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絡組成。同時將WebField控制系統（DCS）與生產調度管理中心通過網橋進行數據傳送，達到了實時監視與管理的目的。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 系統配置

    結合地面火炬裝置的工藝特點。在設計控制系統時突出了以下配置：

    （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）控制系統的主控卡、數據轉發卡、系統電源、通訊網絡、供電系統等采用了雙重冗余配置；

    （3）控制系統與現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）針對不同工藝參數的報警需要分別采用了不同的報警分區、不同的報警聲音來提示操作人。

    該地面火炬裝置規模如表1所示。

                                        表1   地面火炬裝置I/O表

3.3 主要控制回路

    地面火炬系統的控制比較復雜，主要的控制有：

    （1）分液罐液位聯鎖控制

    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）水封罐水封側液位控制

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

    （3）水封罐溢流側液位控制

    當水封罐溢流側液位高于高限值，報警并打開污水泵；當水封罐溢流側液位低于低限值，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定值、焚燒爐筒體可燃氣濃度小于規定值，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燒嘴處滿足最佳燃燒的壓力條件，依據燒嘴的設計參數，用排放氣管路切斷閥的開或關來調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由設置在放空總管上的壓力進行控制，其狀態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表決定。排放閥門狀態如表2所示。

                                             表2   排放閥門狀態表

    此表需預先定義，用于查表決定排放閥的開/關狀態(1為開，0為關)，排放閥的動作必須按表中序列逐級增或減，不得出現跳級控制，也不得出現未在表中列出的組合狀態。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生的黑煙，依據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排放氣總管實測壓力對應蒸汽閥門開度表中的數據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）系統高度的穩定性和安全性，完全滿足地面火炬裝置的需要

    系統對主控卡、數據轉發卡、控制網絡及控制回路采用冗余設計，在技術上充分保證了系統的高度可靠性，規范的工程組態與實施，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，又保障了正常生產期間的安全。裝置自投運以來，從未有因控制系統原因而影響裝置的正常生產的情況發生。

    （2）系統強大的組態和軟件功能，滿足不同用戶及裝置的各種要求

    WebField控制系統（DCS）提供全中文集成化圖形界面組態工具，人機界面友好、軟件設計規范化、接口靈活、升級方便，可以很好滿足石化生產過程中的各種需求。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，提高了勞動生產率，同時對于不同工藝參數的報警采用不同的分區、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，用戶對控制系統的技術指標非常滿意。

參考文獻

[1]  WebField控制系統（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.消防技術與產品信息，2004.