力控在炼油装置火焰控制中的应用

1、    力控在炼油装置火焰控制中的应用在炼油行业，加工的原料、半成品及成品多数是易燃易爆的，如果稍有不慎就可能酿成火灾，所以炼油厂对火的控制格外严格，在装置区禁止烟火，对电气焊的管理也有严格规定。但在炼油装置中有两类火不能缺少，一是加热炉中的明火，另一是火炬放空时的明火。加热燃烧炉加热工艺介质，使其达到相应的温度，使工艺流程顺利完成，其作用不言而喻；火炬是整套生产装置最后的放空燃烧设备，近年来为节能降耗各厂实施了消灭火炬、消灭长明灯项在炼油行业，加工的原料、半成品及成品多数是易燃易爆的，如果稍有不慎就可能酿成火灾，所以炼油厂对火的控制格外严格，在装置区禁

2、止烟火，对电气焊的管理也有严格规定。但在炼油装置中有两类火不能缺少，一是加热炉中的明火，另一是火炬放空时的明火。加热燃烧炉加热工艺介质，使其达到相应的温度，使工艺流程顺利完成，其作用不言而喻；火炬是整套生产装置最后的放空燃烧设备，近年来为节能降耗各厂实施了消灭火炬、消灭长明灯项目。熄灭火炬后在装置正常时，生产过程产生的尾气由气柜、压缩机回收利用，火炬不再点燃；在装置发生事故时，需紧急放空，这时因为放空量很大，必须排向火炬烧掉。倘若在大量放空时不能及时点燃火炬，轻则造成环境污染，重则发生空中爆炸的重大事故，后果不堪设想。在我国熄灭火炬项目实施以来，为保证安全，要求火炬必须配备全自动点火系统，而火

3、焰的精确检测是全自动点火系统必不可少的。2003年大庆石化公司炼油厂新建了一套加氢、制氢联合装置，其中有一台制氢转化炉，加热后的介质达820左右，如果炉子灭火，装置就要紧急停工。此装置还附属有火炬系统。本文将根据此装置的配置来说明常规的火焰的监视和控制。1. 火焰监视系统为给操作人员提供一个简单，直观监视火焰熄灭和燃烧情况，装置对制氢转化炉和火炬系统安装了一套监视系统。1.1 工作原理简单说，就是利用摄象机对火焰进行监视。但由于制氢转化炉温度高，对转化炉和火炬火焰需要全天候监视，这就要配备一套带有很多附件的电视监控系统，系统主要包括三套内窥视高温摄象机、一套火炬监视摄象机。

4、以完成对制氢炉内的点火、燃烧情况及火炬火焰等重点部位进行合理而有效的监控和管理。1.2 系统组成火焰监视系统本着技术先进、操作简单、运行可靠、功能集成、便于扩展的精神，通过对比国内外几家公司产品的性价比较，最后选择了三维力控公司的监控组态软件产品。该监视系统通过图象采集系统、传输系统、控制系统、图象显示系统等几部分集成一体来对该装置的生产进行全过程全天候监视。（系统组成见图1）下面对各部分具体进行介绍。1.2.1 图象采集系统根据装置实际情况，图象采集子系统由三套内窥视高温摄象机和一套火炬摄象机组成。内窥视高温摄象机安装于转化炉，由耐高温摄象机组（含进退装置）、冷却保护系统

5、、终端控制箱等设备组成。主要特点有： l具有宽火焰亮度观察性能：可清晰观察从点火到正常燃烧的整个过程。l采用压缩空气强迫冷却措施保护针孔镜头及摄象机在2000的高温下系统仍能正常工作。l气动进退装置：采用自动进退装置，体积小、重量轻、可靠性高。l具有进膛前气压正常判断、工作时欠压保护、退膛后系统自动切断气源的功能。这样设计的最大优点是既能保证设备安全，又能最大限度节约系统运行成本。l真彩色、高清晰度：图象色彩鲜艳、逼真，清晰度高。l具有故障报警和自动保护功能。由于火炬摄象机的距离火焰比较远，温度不高，所以不用内窥视高温摄象机，而采用超夜视型彩色低照度摄象机并配备十倍自动光圈镜头、全方

6、位室外云台，既保证了摄象机的夜视功能，又达到了对火炬的观测效果。1.2.2 传输系统在本电视监视系统中，三套内窥视高温摄象机视频传输距离较近，采用视频电缆进行传输，而火炬监视摄象机距控制室1500多米，故采用光缆传输。视频电缆根据线芯粗细的不同，可分为75-3、75-5、75-7三种型号，根据使用经验：75-3型视频电缆用于100米内；75-5型视频电缆用于200米内；75-7型视频电缆用于300米内。这样使用可以保证图形质量满足电视信号的国标GB7401中的图象质量的最高标准。装置现场由于存在干扰，所以视频电缆的屏蔽网也很重要，屏蔽网根据疏密不同分为：32B、64B、96B、112

7、B四种，屏蔽网的数值越高，屏蔽效果越好，图象相对传输距离就较远，考虑到价格因素，选用64B的视频电缆既能满足条件，又节省投资。目前单模光纤成缆技术已经非常成熟，且单模光缆的价格比多模光缆的价格要低，只是单模光端机比多模光端机价位高些，综合考虑整个系统的建设成本及功能，我们选用了普铠单模光缆。光端机选用美国的GLORY光收发机。GLORY光端机是完全针对各种大型远距离视频、音频、数据传输系统而设计的。在视频、微波负载及波分复用技术方面，始终走在世界前列，在图象传输方面领导着世界潮流。GLORY光端机在结构上全部采用模块式结构，加上其强大的复用技术，为今后扩充、维护系统提供了便利的条件，在不改变光

8、纤的情况下只需增加模块就可以不断扩展传输容量，以适应不断增长的传输要求。1.2.3 控制子系统内窥视高温摄象机主要由高温摄象机主控制器完成控制功能，可以遥控摄象机的进退、镜头的光圈大小，并提供欠压/超压声光报警及进/退到位指示。火炬监视摄象机的控制则由矩阵控制器完成，矩阵控制器同时完成所有视频信号在电视机上的显示切换功能1.2.4 图象显示子系统图象显示子系统主要有29英寸彩色纯平监视器和四画面分割器组成，四画面分割器主要完成四画面在同一台监视器上显示4路图象的功能。2 火焰控制系统2.1 工作原理在火焰控制中可以通过测量燃料流量或通过温度测量等来间接了

9、解火焰的燃烧状况，从而控制火焰强弱，但也可以直接测量火焰来进行控制。在燃烧过程中，可燃物质都会发出不同频率或不同波长的可见光、红外线、紫外线。瓦斯及重油燃烧过程中火焰发出紫外线含量占主要部分，其次是可见光和红外线。煤或煤粉在燃烧过程中，火焰发出的红外线占主要部分。火焰熄灭后，紫外线立刻消失，但炉膛内仍有大量的红外线及可见光。我们常通过测量紫外线、或同时测量紫外线、红外线来检测火焰的有无或强弱。2.2 火炬火焰的控制火炬燃烧的火焰发射出从红外到紫外各种波长的光线，其中包含紫外线探测器所敏感的波长为185260nm的远紫外线。该波段的紫外线经聚焦镜汇聚后，照射到探头内的紫外线传感器上，使

10、之转换为频率随火焰强度变化的电脉冲信号，因该传感器对波长为185260nm以外的其它光线均不敏感，而只有火焰和火花等明火才能发射出该波长的光线，故该探头对太阳光、各种灯光及高温辐射光线均不敏感。从而避免了各种杂散光线的干扰。火炬的作用是紧急情况下放空燃气，不需要控制火焰的大小，因而火炬火焰控制主要是保证点火的成功，及意外情况下火炬熄火后保证能够立刻检测到熄灭信号，使控制系统重新打火，避免出现安全事故。为确保安全，火炬自动点火系统一般配备二至三支点火器，当全部完好时能准确无误的点燃火炬。而火炬火焰探测器是点火系统实现全自动必不可少的设备。图2是火炬点火控制系统的示意图，下面根据此图简要说明火炬自

11、动点火控制系统。当燃气排放时，火炬总管内的流量信号升高到给定值时，系统认为有可燃气向火炬排放，控制室内的DCS系统经过逻辑运算，输出信号控制高压发生器和调理器输出高压电，使高空点火器内的点火器产生电弧，并打开高压燃气电磁阀向高空点火器内喷入燃气，燃气与空气混合被点燃，自高空点火器顶部喷出火焰，引燃火炬顶部喷出的排放燃气。火炬点燃后，由火炬火焰探测器测得火焰信号，反馈给DCS控制系统，控制系统输出信号，停止向高空点火器供给高压电和燃气，点火过程完成，系统处于监控状态。因某种原因火炬中途熄灭，而此时排放燃气仍存在，如不及时发现处理，轻则造成污染，重则发生空中爆炸的重大事故。此时，火焰探测器发挥应有

12、的作用，把检测到的火焰熄灭的信号传入控制室中的DCS系统，经过逻辑控制自动重新点火，保证火炬点燃。为保证火炬火焰燃烧充分，不产生黑烟该系统还有火炬的排放燃气量与消烟蒸汽量的比值调节及其它控制回路的相关调节。2.3 制氢转化炉火焰控制转化炉是制氢装置的主要设备。在转化炉炉管中，原料气和过热蒸汽在高温时发生烃类的水蒸气转化反应，转化炉出口转化气由H2O、H2、CO、CO2及残余甲烷组成，出来的转化气温度高达820。温度的控制对于转化炉很重要，温度过高过低都会影响装置运行，如果转化炉灭火那么装置必须紧急停工。制氢转化炉部分设计有诸如瓦斯压力、炉膛温度等的常规控制，这里要特别说明和炉膛火焰有关的连锁部分。图3是制氢转化炉部分的连锁原理图。当转化炉灭火时，燃烧噪音消失、炉膛负压增高，炉膛变暗，看不见火焰，同时炉膛温度快