安全监控系统在地面火炬上的应用

胡红辉

(鹤壁华石联合能源科技有限公司，河南鹤壁 458000)

安全监控系统在地面火炬上的应用

胡红辉

(鹤壁华石联合能源科技有限公司，河南鹤壁458000)

介绍了自动控制、现场检测设备等安全监控系统在地面火炬上的应用，阐述采取安全监控系统与DCS系统、联锁报警系统兼容使用的方式，更加有利于地面火炬在生产装置的投用稳定性。

地面火炬 监控系统 工艺联锁 稳定性

由于加氢裂化装置具有高温、高压、临氢等特性，在装置发生停电或泄漏着火等重大事故时，需要将系统内的压力泄放，使得全厂装置处于安全可控的状态，放空系统和火炬系统是事故状态下系统压力泄放的场所[1]，是石油化工企业重要的安全和环保设施之一。安全监控系统是集仪器仪表、信号转换、自动控制为一体的复杂系统，在地面火炬上应用较为普遍，下面就地面火炬安全监控系统进行介绍，并讨论其在某重油加氢装置的工业应用实践情况。

1 地面火炬系统的组成及自动化系统

火炬按照燃烧器离地面高低可分为地面火炬和高架火炬；按火炬燃烧器的形式分为单点燃烧火炬和多点燃烧火炬[2]。地面火炬的结构组成主要包括燃烧塔、阻火设备、消音挡风墙、自动点火系统、控制及监控保护系统等设备。

地面火炬的点火系统主要由长明灯、高效燃烧器、自动点火系统组成。地面火炬使用的长明灯要求抗风能力好，节约燃料，操作简易等特征；长明灯点火操作包括自动点火和传导式点火方式，以确保长明灯燃烧火焰稳定、安全可靠。燃烧器是点火系统的火焰燃烧好坏的关键设备，按结构分为单孔和多孔结构，按分级情况可分为单级和多级燃烧器。目前地面火炬一般采用多级、多孔结构的燃烧器，有利于泄放气与空气的均匀混合，扩大燃烧气与空气的接触面，同时使用PLC自动控制的多级燃烧系统，以适应燃料炉对泄放量变化的能力，保证在不同流量的泄放气量下也能保障较好的燃烧效果。

自动点火系统的附属部分还包括自动点火控制箱和自动控制精密度高的仪器仪表。配有UPS电源的点火系统，可保证停电事故状态火炬能够自动点火。自动点火系统可通过自带的PLC系统与DCS系统相连，实现远程控制，出现事故时保证火炬的燃烧。地面火炬长明灯设置有火焰检测和熄火仪器，采用热电偶探测和紫外线火焰探测设备来监测火焰状态；设置长明灯燃料气压力、燃料气管线、氮气压力实时监控、低压报警系统，确保点火系统的有效运作。

2 地面火炬的工艺要求

地面火炬工艺流程主要是装置排放气经过放空系统收集后，通过放空主管线进入凝液罐进行分液处理，再经过水封罐液封作用，最后排放至高效燃料器进行燃烧。地面火炬系统的工艺和安全选型[3，4]，必须考虑上游装置在正常生产、开停工及事故状态时所排放的气体量容积，可安全及时地排放正常燃烧，在任何工况下均能保证火炬界区内不造成设备损坏及上游装置设备的安全，避免发生憋压、回火、火雨、设备喘震等现象。地面火炬的工艺选型上除了硬件设备选型外，还需配备一定的参数监测和安保措施等软件设施，选择可靠性强的PLC控制系统，与DCS集成式控制系统通信兼容，实现远程控制火炬的正常运转。

对于火炬燃烧器的选型，根据上游装置各种工况下所排出的气体量大小，通过Pro-II或Aplus等工艺软件计算，得到合适的燃烧器数量和级数，使得每只燃烧器在设计工况下正常工作。在空间布置上火炬燃烧器采用特殊的分级形式，利用分级阀组使得燃烧器数量得以控制，增加火炬气在燃烧器前后的压差，从而提高了火炬气喷射速度，利用抽真空原理使足量的空气被吸入，形成辐射率低的无烟燃烧。通过燃烧器的分级分组设置，将装置小流量排放气一直连续排出燃烧，其他的燃烧器关闭不参与燃烧，这样使燃烧器的使用寿命得到延长。

3 地面火炬应用情况

某重油加氢装置的排放气工艺参数见表1，排放气主要富含氢气和甲烷等可燃气体，最大体积流量达到2 100 m3/min。选择火炬时要求在满足工艺条件的前提下，合理布置，减少占地，系统可靠运行，操作简易，维护检修方便，公用工程消耗经济、合理；同时还要求火炬设计应保证最大排放量时，无烟燃烧，外部无明火。装置地面各点的热辐射和噪音要求满足国家标准。

表1 排放气工艺参数

根据工艺条件要求分析，该重油加氢装置建设地面火炬来处理装置生产期间或停电等事故排放气，保证全装置在紧急状态下能及时完全燃烧最大量的泄放火炬气。该装置选择为全天候、全自动控制、无人值守型地面火炬，设置有自动点火、就地手动点火、DCS控制室远程点火三种点火方式，更加有效地保障了火炬气燃烧的可靠性。按照API标准规范要求及现场实际情况，设计火炬燃烧塔体内设置3支长明灯，每支长明灯设置有紫外线火焰检测器，且采用节能型长明灯，燃气耗量仅为1.5 m3/h，抗风等级达到11级，点火方式采用电极打火形式。

地面火炬采取多级燃烧器组形式，保证排放气完全燃烧，增加地面火炬塔中部火焰的高度，实现火焰之间相互粘连，充分保证了点火的可靠性；火炬设置水封罐、氮气吹扫两道防回火措施，水封罐可使装置和火炬设施有效隔离，在燃烧塔界区内，燃烧塔底部还设置有可燃气体报警仪、有毒气体报警仪和工业摄像头，有效监测火炬火焰的燃烧情况。同时分液罐、水封罐、地面燃烧炉、火炬气管道、燃料气管道均设置静电接地，筒体设置防雷接地。

该地面火炬除了选用可靠的硬件设备，配备一套稳定的PLC控制系统，能够较好地与中央控制室DCS系统相连[5]，实现操作人员的远程监测和控制，减少操作成本和提高安全性能。该地面火炬的凝液罐设置了液位上限报警值和下限报警值，液位高于高限值时启动罐底泵，低于低限值时停止；水封罐设置液位上限报警值和下限报警值，液位高于高限值时关闭水封阀，低于低限值时打开水封阀；同时还设置4个可燃气体探测器探测和4个有毒可燃气体探测器探测(信号均四取一)，有任意信号超限均可报警；该装置的地面火炬共设置了5级燃烧器组，每组燃烧器根据排放气管线上的两个压力探测点测定值，均有对应的压力联锁条件和联锁动作，具体联锁逻辑见表2。地面火炬的自动点火条件一是3个热电偶探测温度信号3个温度都低于50 ℃；二是三个火焰探测器探测火焰，三个都探测不到火焰；当以上两个条件都具备时启动自动点火和开点火器电磁阀，点火时间为12 s，点火时间超过12 s后如果还没有探测到火焰则发出点火失败的报警。

表2 多级燃烧器组的联锁逻辑

该重油加氢装置地面火炬在实际使用过程中，在泄放火炬气时炉膛不产生脉震，其燃烧所产生的噪声在50～70 dB间，低于国家标准要求的防火墙外噪声低于75 dB的要求；燃烧塔顶部未出现黑烟冒出，外界看不见光。地面火炬燃烧炉由于内衬耐热捣打浇筑衬里，保证较低的外表温度在60～70 ℃(低于国家标准要求的80 ℃)，实现了燃烧塔内部很好的热稳定性和很低的高温导热系数，防火墙外界不受筒体内部温度急速变化的影响，隔离墙外热辐射强度小于1.58 kW/m2。无论是装置紧急泄压时较大的负荷工况，还是处理小排量置换废气时，均可以满足火炬气的正常燃烧。同时火炬排放烟气林格曼黑度小于1级，氮氧化物排放浓度小于150 mg/m3，一氧化碳排放浓度小于80 mg/m3，符合国家环保要求。

4 结语

a)安全监控系统与其他自动控制系统相结合，可以保证地面火炬在加氢裂化装置在控制噪音、热辐射和排放烟气质量等方面优势，应用稳定可靠。

b)地面火炬选型上除了良好的设备材质要求外，还需要选择可靠的PLC控制系统，建立与DCS系统的兼容相连，实现远程监测和控制火炬的运行。

c)地面火炬实际应用中，在最大量排放负荷下，噪声、光辐射、热辐射及排放烟气的质量均超过了国家标准的要求，达到了安全、环保、卫生排放指标。

[1] 陆林军. 大型石油化工装置火炬系统的设置[J].上海化工，2006(11)：26-28.

[2] 张红静. 关于地面火炬和高架火炬的对比研究[J].中国石油和化工标准与质量，2013(2):81

[3] 张敏丹，胡中杰. 地面火炬的设计选型[J]. 化学时刊，2015，29(5)：11-13.

[4] 季金华，朱耀莉. 地面火炬的安全应用[J].安全、健康和环境，2013，2(3):13-15.

[5] 俞金寿，何衍庆. 集散控制系统原理及应用[M].北京：化学化工出版社，1995.

ApplicationandPracticeofSafetyMonitoringSystemintheGroundFlareUnit

Hu Honghui

(Hebi Huashi Unit Energy Technology Co. Ltd., Henan, Hebi, 458000)

The safety monitoring system which including automatic control, field testing equipment, etc. are introduced in this paper, then the application of safety monitoring system, DCS and SIS control system are elaborated, which is beneficial to the stability of the ground flare in the production equipment.

ground flare; safety monitoring system; craft interlocking; stability

2016-10-19

胡红辉，助理工程师，2009年毕业于浙江理工大学过程装备与控制工程专业，现从事悬浮床加氢技术管理工作。