炼油火炬安全运行自动控制技术应用与思考
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摘 要：本文介绍了中国石化茂名分公司炼油火炬控制系统的结构组成，着重对火炬自动控制的工艺过程、火炬自动点火的信号采集、输出和执行进行深入分析。同时对火炬在运行中存在的安全进行了利害分析，提出了具体的安全经济运行的解决方案，确保了中国石化茂名分公司炼油火炬安全经济运行。为其它石化企业火炬安全经济运行提供有价值的技术参数和设计参考依据。
关键词：火炬自动点火装置；控制系统；信号采集
中图分类号：TK32 文献标识码：A
1 概述
在石油化工企业生产加工过程中，火炬是不可缺失的瓦斯气排放设备。火炬气多为可燃的有毒和腐蚀性气体，火炬气通过燃烧后，变成二氧化碳、二氧化硫和水蒸汽后等无害或毒性较小的物质，降低对环境造成污染。在石油化工装置正常生产情况下，火炬气是被回收利用至各装置的加热炉作为燃料，因此火炬是在装置紧急事故状态或开、停工情况下为确保环境不受污染而设置的燃烧尾气的设施。如何做到火炬在装置正常运行时的备用和装置在事故状态下紧急启动是火炬的关键技术。
2 茂名分公司火炬系统简介
茂名分公司火炬于2011异地重建，为了满足炼厂不同压力等级、介质燃烧控制的需要，新建火炬设施分为低压火炬系统、高压火炬系统、煤制氢火炬、酸性气火炬系统共四个捆绑式高架火炬。高低压火炬可互相备用，以满足火炬故障或检修的需要。火炬系统的关键设备是火炬头，技术核心就是火炬自动控制系统，该技术采用了中国船舶重工集团公司七一一研究所的自卸式捆绑高架火炬专利技术，在火炬头内部设置多层锥形折流挡板所形成的气体密封型式的流体密封体器，在流体密封器入口前端连续通入一定量的吹扫气体，利用吹扫气体在锥形折流挡板出口处形成的速度动力封以有效阻止空气进一步进入火炬筒体内，从而防止回火或内部爆炸。
茂名分公司炼油火炬设置了两套独立的点火系统，确保火炬点火的可靠性。一套是地面内传焰点火系统，其UPS电源可维持30分钟，在装置停电时可实现点火操作，确保各火炬安全；另一套是高空电点火系统。高空电点火系统可实现自动、控制室遥操、现场手动三种点火方式。
3 自动点火控制系统的工作原理
火炬系统装置DCS系统采用上海西门子工业自动化有限公司的PCS7（PCS 7 - OS Process Control）系统。系统平时处于监控状态，实时采集火炬各管道上的流量或压力、开关量及火炬火焰信号，进行分析处理。当系统判断出有尾气排放且无火焰信号时，系统通过分析比较发出点火指令：火炬系统一直处于一种监控的状态，每时每刻都在监控着火炬管道中的气流量和气流压力，以及开关量和火炬的火焰，把所采集到的信号进行分析综合处理。当监测到尾气却没监测到火焰的时候，火炬系统就会在分析比较结束后做出点火的指令。发出的点火指令较为常见的有：打开燃料气等气源的电磁阀，把燃气输送到高空处的点火器内；燃气到达点火器后打开高压发生装置，使高空的点火器内有高强度的电弧，然后，点燃点火器内的燃气并引燃配对长明灯燃料气而点燃火炬气。火焰检测器把检测到的火炬火焰信号反馈给控制系统，经分析处理后，发出控制指令停止点火。火炬停止燃烧时，系统就处于监控的状态，当高压发生装置停止运行工作时，系统自动关闭点火系统的燃料气电磁阀，停止燃气的供应，使点火器停止工作，进而整个系统便进入总监控状态。如果出现大风、雨雪等恶劣天气，往往会造成火炬的熄灭，可保留火炬两条长明灯常燃，保证火炬气在任何时候都可被点燃。
4 熄灭长明灯的综合考虑因素分析
由于火炬是确保装置在非正常状态下燃烧火炬气达到安全环保排放的目的，目前石油化工行业火炬气很少排放，基本都是熄灭的。但在火炬无火炬气排放时，火炬长明灯点与不点争议较大。点长明灯必然要浪费燃料，不点长明灯又需考虑安全系数。火炬气排放分为两种类型：确定性排放和非确定性排放。火炬运行中的安全问题主要是火炬气非确定性排放。对此火炬点火系统就必须具有非常快的响应速度。因此在无火炬气排放时火炬长明灯的点与熄灭要综合考虑以下几点：
4.1 企业类型与大小。规模小的炼化企业，一般可考虑不点火炬长明灯。但大型以上炬化企业由于装置多，且处理能力大，一旦出现火炬点不着或不能及时点燃，就有可能发生严重污染环境事件，社会影响较大，安全风险高，可考虑至少长燃一条以上火炬长明灯。
4.2 气柜容量大小。如果企业的气柜容量大于最大排放量装置的最大排放量，又有可靠的高架火炬点火系统，可以考虑不点火炬长明灯。
4.3 有无地面火炬。如果企业既有一定容量的气柜，又有适当规模的地面火炬和可靠的高架火炬点火系统，可以考虑不用点高架火炬的长明灯。
4.4 高架火炬点火系统是否可靠。这是最为关健的因素，由前面所叙述火炬自动点火系统的点火原理可知，只有在检测仪表、控制设备、执行设备运行正常以及燃料气、电源、仪表气源供给完全正常的条件下，火炬自动点火系统才能有效工作。就点火系统本身的安全要求来说，比如高空点火器的燃料气电磁阀发生电源故障、高空点火器上打火电极接线故障，或者点火电极积碳而不能产生电火花等等，如果用的时候不能及时点燃，那么对人、对企业和对环境所造成的危害程度是无法估量的，一般建议保留一条火炬长明长燃。
4.5 火炬所处位置也是考虑的方面。如炼化企业的火炬设置在无人区的海域，高架火炬的点火系统有日常管理和备用点火方式，当自动点火系统失效情况下，10分钟内能通过地面内传焰方式点燃火炬，那么火炬气能被扩散、稀释的情况，也可考虑不用点高架火炬的长明灯。
5 经济效益评价
火炬自动点火系统一经投入使用，就大大节约了总厂的能源消耗，而且实现了环保的要求，减少尾气的在大气中的存在量。从节能角度来说，长明灯每时每刻都要消耗很多的燃料气，一个火炬上有好几支长明灯，成年累月下来，消耗量是可观的。茂名分公司火炬因紧临居民区，为了确保安全，两条火炬系统共点4支长明灯，每支长明灯消耗燃料气3m3/h，合计12m3/h，一年消耗105120立方米燃料气。熄灭火炬长明灯可给企业带来巨大的经济效益和社会效益。
结语
火炬自动点火系统的广泛应用，给社会带来了巨大的经济效益，但长明灯的点与不点，各企业必须根据自身情况权衡利弊。茂名分公司自卸式捆绑高架火炬采用了先进的火炬自动控制专利技术，安全可操作性高，在地方政府完成附近居民迁移后，可考虑熄灭火炬长明灯，减少火炬燃料气的消耗。
参考文献
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