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浙江中控软件技术有限公司位于浙江省杭州市，自20世纪90年代成立以来，一直致力于自动化软件产品（实时数据库、先进控制与优化、节能与优化、安全应急系统、生产执行系统、能源管理中心系统等）的研究开发、工程实施和技术服务。

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案例详细
标题无烟低噪音环保型地面火炬装置自动控制策略
技术领域工业安全
行业
简介本文简要介绍了无烟低噪音环保型地面火炬的主要工艺流程，重点阐述了无烟低噪音环保型地面火炬自动控制的总体设计方案，总结了现场应用情况。
内容







李强（1976-）

男，浙江杭州人，毕业于武汉理工大学自动化专业，现就任于浙江中控技术股份有限公司，专业从事控制系统设计、应用、工程项目实施等工作。



摘要：本文简要介绍了无烟低噪音环保型地面火炬的主要工艺流程，重点阐述了无烟低噪音环保型地面火炬自动控制的总体设计方案，总结了现场应用情况。

关键词：地面火炬；自动控制；火炬气；废气焚烧

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

    火炬气是石油化工行业生产过程中产生的废气，属于易燃易爆有毒有害气体。由于火炬气危害很大，不能采用直接放空的方式，处理方式广泛采用的是高架火炬、或地面火炬。地面火炬与高架火炬相比，更先进、更有效、更安全。

    无烟低噪音环保型地面火炬是一种新型的地面火炬系统，该地面火炬正逐渐成为各个石化企业、天然气企业进行火炬气体处理的首选。该地面火炬装置是一种极为有效的封闭式废气焚烧系统，由多级燃烧器组成，使排放气的压力始终保持在最佳的范围内，保证其充分的燃烧，火炬的燃烧火焰完全封闭在燃烧室内，用于隔热的陶瓷纤维具有极好的吸音效果，使焚烧系统达到了无烟、低热辐射，低噪音和完全的燃烧。

    2008年某公司芳烃联合装置采用了浙江中控技术股份有限公司的WebField控制系统（DCS）进行自动控制，该联合装置中有一套无烟低噪音环保型地面火炬装置，此套地面火炬装置自应用DCS一次开车成功以来，一直平稳运行至今，并且取得了较好的控制效果。

2  主要设备和工艺流程

    该套地面火炬装置的主要设备包括：

    (1) 共有2套新型无烟低噪音环保型圆柱形焚烧炉。焚烧炉示例图如图1所示。

                                        图1   圆柱形焚烧炉

    (2) 共有3套长明灯，每套安装2台电点火装置，共6台电点火装置。长明灯示例图如图2所示。

                                         图2   长明灯

    (3) 共有102台地面燃烧器。燃烧器示例图如图3所示。

                                           图3   燃烧器

    (4) 1个分液罐（配1台污油泵），1个水封罐（配1台新鲜水补水调节阀和1台污水泵）。

    (5) 燃料气管道，分成3路进入长明灯，为长明灯点火提供燃料。

    (6) 中压蒸汽管道，分成5路进入焚烧炉，以消除排放气焚烧时产生的黑烟。

    (7) 氮气管道，分成2路对火炬气排放阀后管路进行氮气吹扫，以维持排放管道的微正压，防止空气倒流进入排放气管道。

    石油化工生产过程中产生的大量高压火炬气首先经过分液罐进行处理，产生的污油经过污油泵排出；经过分液罐处理后的火炬气进入水封罐进行处理，产生的污水经过污水泵排出；处理过的火炬气分成多路进入焚烧炉（地面火炬装置）的燃烧器进行完全封闭燃烧。

    其工艺流程框图如图4所示。

                                 图4   地面火炬装置工艺流程框图

3  总体设计方案

3.1 WebField控制系统（DCS）

    该套地面火炬装置的WebField控制系统（DCS）由1个操作站、1个工程师站、1个控制站和一套过程控制网络组成。同时将WebField控制系统（DCS）与生产调度管理中心通过网桥进行数据传送，达到了实时监视与管理的目的。该套地面火炬装置的总体配置图如图5所示。


                                    图5   地面火炬装置总体配置图

3.2 系统配置

    结合地面火炬装置的工艺特点。在设计控制系统时突出了以下配置：

    （1）为满足地面火炬装置的控制要求并便于控制系统维护与检修，地面火炬装置单独配置了1个控制站； 

    （2）控制系统的主控卡、数据转发卡、系统电源、通讯网络、供电系统等采用了双重冗余配置；

    （3）控制系统与现场设备之间的模拟量采用安全栅进行隔离、开关量输入信号DI和输出信号DO均采用继电器进行隔离；

    （4）针对不同工艺参数的报警需要分别采用了不同的报警分区、不同的报警声音来提示操作人。

    该地面火炬装置规模如表1所示。

                                        表1   地面火炬装置I/O表

3.3 主要控制回路

    地面火炬系统的控制比较复杂，主要的控制有：

    （1）分液罐液位联锁控制

    当分液罐液位高于高限值，报警并打开污油泵；当分液罐液位低于低限值，报警并停污油泵。

    （2）水封罐水封侧液位控制

    采用单回路调节补水调节阀的开度使水封罐水封侧液位控制在要求范围内。同时当水封罐水封侧液位高于高限值，进行高报警；当水封罐水封侧液位低于低限值，进行低报警。

    （3）水封罐溢流侧液位控制

    当水封罐溢流侧液位高于高限值，报警并打开污水泵；当水封罐溢流侧液位低于低限值，报警并停止污水泵。

    （4）火炬长明灯控制

    所有长明灯都是单独进行控制的，控制程序相同，互相独立，同步进行。对应每支长明灯的计时器需单独定义，也是互相独立的。长明灯控制是一个逻辑顺控过程，其顺控图如图6所示。

    长明灯点火前提是：长明灯火焰无火、排放气总管压力小于规定值、焚烧炉筒体可燃气浓度小于规定值，以上应同时满足才能进行点火。

    长明灯燃料气阀、点火枪燃料气阀、点火器均有手动和自动两种控制方式。

    在手动控制方式下，通过软按钮操作来控制相应“开”和“关”的动作。

    在手动控制方式下，点火动作持续60s后自动停止，可通过软按钮再次进行。

    在自动控制方式下，根据放空检测信号和长明灯温度信号自动控制点火。

    在自动控制方式下，允许在点火不成功后间隔一个时间后再次自动点火的动作，程序设定允许连续3次，每次60s，间隔10s。

                                  图6   长明灯装置程序框图

    （5）火炬气排放阀控制

    排放阀控制用来保证工艺装置泄放的气体在焚烧系统烧嘴处满足最佳燃烧的压力条件，依据烧嘴的设计参数，用排放气管路切断阀的开或关来调整排放气烧嘴的级组，以使排放气在烧嘴口能够得以充分的燃烧。

    排放阀门的输出状态由设置在放空总管上的压力进行控制，其状态序列由此压力与排放阀门开关阈值表比较后决定增、减或保持，阀门动作序列由排放阀门状态表决定。排放阀门状态如表2所示。

                                             表2   排放阀门状态表

    此表需预先定义，用于查表决定排放阀的开/关状态(1为开，0为关)，排放阀的动作必须按表中序列逐级增或减，不得出现跳级控制，也不得出现未在表中列出的组合状态。按排放阀门开关域值表进行开关阀门。排放阀门开关域值表如表3所示。

表3   排放阀门开关域值表

    此表需预先定义，用于查表决定排放阀的开/关动作压力值。

    排放压力>PH时排放阀开启；排放压力<PL时排放阀关闭。

    （6）中压蒸汽阀控制

    中压蒸汽阀控制用来控制蒸汽引射量以消除排放气焚烧时产生的黑烟，依据排放气焚烧所需的空气，控制引射蒸汽量。蒸汽阀门的开度依据排放气总管实测压力对应蒸汽阀门开度表中的数据进行线性插值而得到的阀门开度值。蒸汽阀门开度如表4所示。
                                      
                                       表4   蒸汽阀门开度表

    此表需预先定义，用于查表决定蒸汽阀的开度(%)。蒸汽阀2～5在对应级别的排放阀打开时投入使用，但在VS<1时应该关闭。

    （7）氮气阀控制

    氮气阀用来对排放阀后管路进行氮气吹扫，以维持排放管道的微正压，防止空气倒流进入排放气管道。

4  应用情况

    本套地面火炬装置自应用DCS投运以来，运行良好，控制功能完全满足工艺的要求，主要具有以下几个特点：

    （1）系统高度的稳定性和安全性，完全满足地面火炬装置的需要

    系统对主控卡、数据转发卡、控制网络及控制回路采用冗余设计，在技术上充分保证了系统的高度可靠性，规范的工程组态与实施，以及DCS可靠、安全的在线下载功能，既有效降低了投运期间的工作量，又保障了正常生产期间的安全。装置自投运以来，从未有因控制系统原因而影响装置的正常生产的情况发生。

    （2）系统强大的组态和软件功能，满足不同用户及装置的各种要求

    WebField控制系统（DCS）提供全中文集成化图形界面组态工具，人机界面友好、软件设计规范化、接口灵活、升级方便，可以很好满足石化生产过程中的各种需求。本装置中针对装置特点，控制方案设计全面、可靠，操作简便，具有详尽的事故判断及快速响应能力，对各种意外情况能进行正确、有效的提示和处理，减轻了操作人员的劳动强度，提高了劳动生产率，同时对于不同工艺参数的报警采用不同的分区、不同的表示方式，有利于操作人员直观查找。

    （3）自控投运率高，具有推广使用意义

    工艺正常的情况下，自动控制投运率在95%以上，尤其是装置中较为复杂的控制方案，也得到了实践检验，用户对控制系统的技术指标非常满意。

参考文献

[1]  WebField控制系统（DCS）说明书.浙江中控技术股份有限公司，2003.

[2] 蒋世干，王尔菲，李锐.石油化工工艺学.中国石化出版社，2003.

[3] 张志刚.地面火炬安全风险的探讨与分析.炼油技术与工程，2007.

[4] 缪鹏飞.地面火炬的安全防护距离.消防技术与产品信息，2004.