提高加热炉安全燃烧的一种有益尝试

王明虎

(淮安清江石油化工有限责任公司，江苏 淮安 223002)

立式圆筒燃气火焰加热炉是一种常见设备，尤其在加热负荷较小的一些精细石油化工装置上更为常见，但从国家级的行业标准到行业内的通行规定[1]，对这种加热炉的安全配置比热电厂锅炉炉膛安全配置要低得多，通常热电厂的锅炉要配置安全监控系统(FSSS)，而这类加热炉一般都不配备类似的监控系统，这就留下了一定的安全隐患，即当该类加热炉熄火后，如果大量燃气还在持续送入炉膛而未被发现，则极易发生爆膛事故，从而造成设备损坏或人身伤害。为此，笔者在加热炉上增加火焰检测器，并将火焰检测信号参与到燃气加热炉的联锁保护中，以期从本质上杜绝这类事故发生，保证加热炉安全高效运行。

1 现行加热炉的设计方法和缺陷①

立式圆筒燃气火焰加热炉，尤其是一些只有13个燃烧器的小型加热炉，其安全联锁仪表一般只设置燃气压力低低联锁(图1)，即当燃气压力低于联锁设定值时，由于此时燃气已不足以维持加热炉火焰的正常燃烧，故切断燃气阀，停止加热炉燃烧以保证设备的安全。

这样的常规设计在燃气压力波动不大且加热炉的热负荷调整不频繁时尚可，但并未充分考虑现场各种干扰造成的影响，即燃气压力波动、装置加工量的变化及其他工艺参数的调整等，不能从根本上杜绝加热炉熄火进而引发事故的可能性。笔者在现场就曾经历过多次这样的事故，如某装置加热炉因装置的运行处理量提高需加大加热炉的加热负荷以满足生产需求，这就必须加大加热炉燃烧器的进气量，使该加热炉的燃烧器处于满

图1 加热炉控制点流程

负荷状态。同时该炉还要进行正常的温度调节，其温控调节阀的开度是变量，当调节阀因温控需求关小直至关闭时，随着燃烧器主火头进气量消失主火头熄灭，如果此时温控调节阀因温控需要打开，如果阀门打开得过快，大量的燃气极易将长明灯吹灭，造成大量可燃气在炉内没有明火的情况下进入炉膛，遇到高温部件，发生爆膛事故。从这个事故可以看出，在整个过程中燃气压力并没有低于联锁值，但由于现场一些多变的、偶然的因素作用，加热炉还是熄火，造成爆膛。由此可见，这样的保护是不充分的。笔者认为要杜绝此类事故的发生，对该类加热炉进行有效的火焰检测，根据检测结果再进行必要的报警与联锁是很有必要的。

2 应用实例

火焰检测技术发展到今天已经比较成熟可靠，在大型电厂的锅炉中应用较为普遍，火焰检测技术主要有离子火焰检测、红外火焰检测、紫外火焰检测、可见光火焰检测及热电偶火焰检测等技术。这些火焰检测原理的应用场合不尽相同，在此不再赘述。针对燃气加热炉(主要燃料为天然气或炼油厂干气)，火焰检测主要采用离子火焰检测器和紫外火焰检测器。

加热炉的安全运行应在整个装置设计中统筹考虑，需对整个装置进行安全完整性的确认来确定保护方案[1～6]。笔者在加热炉的长明灯火头上各增加一个离子火焰检测器和紫外火焰检测器，对其火焰进行实时有效监控，一旦其中一个检测器发出火焰熄灭的信号，中控室内操作人员第一时间内就能知晓，并进行分析判断，为防止事故发生争取了时间。如果两个火焰检测器都检测到火焰熄火信号，应该立即停炉，切断进炉燃气，确保不发生爆膛事故。增加两个火焰检测器的目的是因为在保证联锁的安全性(灵敏性)的前提下，要提高联锁的可用性(可靠性)。增加火焰检测器后加热炉的联锁逻辑如图2所示。

图2 改造后的加热炉联锁逻辑

笔者在对加热炉增加火焰检测器时，从失败中总结出以下安装注意事项：

a. 火焰检测器必须对准长明灯火头。因为主火头受炉出口温度控制调节阀的影响较大，火头可能是熄灭的，但此时如果长明灯不熄灭，加热炉也是安全的，因此以主火头作为火焰是否熄灭的依据是不完全的。

b. 火焰检测器必须安装在燃烧器上，否则会受炉内加热管的遮挡影响火焰检测器的感光；或者检测到的火焰信号极不稳定，以致火焰检测器的增益无法调整。

c. 紫外火焰检测器的对准方向一定要调整到长明灯火焰的完全燃烧区，这个位置准确与否，对紫外火焰检测器很重要，有可能致使紫外火焰检测器无法正常工作。

d. 离子棒火焰检测器头部到转换之间的接线不能经过中间端子。由于离子火焰检测器的固有特性，其火焰电流的内阻较高(在数MΩ以上)，这就对离子火焰检测器的测针引线与地之间的绝缘电阻提出了极高的要求，绝缘下降会产生漏电流，造成离子火焰检测器误报警，而中间端子的绝缘会受到环境温度、湿度及洁净度等因素的影响，处理起来比较困难。

e. 定期检验。定期的有目的检验可以保证及时发现火焰检测器存在的问题，确保火焰检测器信号的准确无误，为加热炉的安全、高效运行奠定基础。

3 结束语

笔者介绍的立式圆筒燃气加热炉，在国家级的行业标准(SH/T 3036-2012)中只是宽泛地要求加热炉提供观察燃烧器火焰的手段，而现场执行往往以操作人员现场目测为观察手段，标准中并未对其必配的保护设备做硬性的要求，但这并不能说明此类设备是安全可靠的。现场的情况有时恰恰相反。在安全生产的前提下，从本质安全上保证设备安全是，就成为重中之重。笔者在加热炉的安全联锁条件中加入火焰检测信号后，提升了加热炉运行的安全系数，可供同行借鉴。