火炬自动电打火系统在DCS中的实现

谢文奋

(中国石油天然气有限公司 独山子分公司 信息网络公司，新疆 独山子 833699)

某石化火炬装置，主要负责老区各装置紧急状态下压力泄放时的气体燃烧，最大限度地减少有毒性气体及可燃物对大气环境的影响，确保装置的安全运行。自动电打火系统若不能正常工作，将导致火炬无法燃烧，介质排放到大气中将严重污染环境，还会对人体造成伤害。由于可燃气体密度比空气的大，未完全燃烧时将沉积、蔓延在地面，当空气中可燃气的体积分数达到一定比例时，易引起燃烧并且发生爆炸，给装置的安全生产带来较大的危害。

1 火炬自动电打火系统

火炬自动电打火系统按点火方式可分为电弧传燃式、地面导爆式、高能火花式、电梯直燃式和直燃式等，该装置电打火系统采用电弧传燃式。

1.1 自动电打火系统的组成

该火炬装置自动电打火系统主要由程控仪、程控仪控制柜、高压发生器、火焰探测器、火焰探测转换器、点火电极、高压电缆、支撑绝缘子、点火电磁阀、继电器、接触器、压力变送器、手动点火按钮等组成。自动电打火系统工作原理如图1所示。

图1 自动电打火系统工作原理示意

由于该火炬装置自动电打火系统的仪表设备运行已10多年，绝大部分设备的元器件老化，故障率高，已不能满足该厂自动化控制水平的需求。为确保火炬自动电打火系统的正常运行，需对该点火系统进行改进，更换现场部分仪表设备，消除存在的安全隐患，确保火炬自动电打火系统的安全运行。

1.2 火炬自动电打火系统工作原理

火炬自动电打火系统的核心是程控仪，通过程控仪可对火炬进行全自动、半自动、手动、硬手动四种点火操作。

1)程控仪运行于全自动点火操作时，现场水封罐水封被排放气突破，水封罐压力变送器将检测压力信号传输至程控仪控制柜内，与水封罐压力设定值进行比较：

a)当水封罐压力变送器的检测信号大于设定值时，且紫外火焰探测器检测无火焰信号时，程控仪输出控制信号至现场电磁阀和高压发生器，对火炬进行全自动控制点火；当火炬点燃后，紫外火焰探测器检测到火焰信号后，并将火焰信号传输给程控仪，由程控仪输出信号关闭电磁阀及高压发生器的点火信号；紫外火焰探测器持续监测火炬燃烧状况；燃烧过程中，当火炬意外熄灭时，紫外火焰探测器检测无火焰时，程控仪重新对火炬进行点火。火炬自动点火原理如图2所示。

b)当水封罐压力变送器的检测信号小于设定值时，处于正常状态，无需点火操作。

c)尾气排放过程结束后，火炬自动熄灭，程控仪处于自动监控状态，等待下次尾气排放。

2)程控仪运行于半自动点火操作时，水封罐压力变送器检测信号大于设定值时，无论紫外火焰探测器有无检测到火焰信号，程控仪都将给现场电磁阀和高压发生器发出控制信号，对火炬自动点火；半自动操作状态下火炬的紫外火焰探测信号不参与自动控制。

3)当点火条件不满足时，即水封罐压力变送器检测信号小于设定值，并且紫外火焰探测没有检测到火焰信号时，可用手动点火操作模式。此时，程控仪按程序设定的时间给现场电磁阀和高压发生器发出控制信号，对火炬进行点火；也可通过硬手动点火操作按扭对火炬进行强制点火。

图2 火炬自动电打火原理示意

2 自动电打火系统存在的隐患

该套火炬自动电打火系统在使用过程中多次出现故障，出现故障时只能靠手动人工点火，操作人员和维护人员增加了劳动强度，严重影响装置的安全生产。自动电打火系统无法正常工作，主要集中在以下几方面：

1)自动电打火系统供电环节失电，导致程控仪及回路仪表设备无法正常工作。

2)现场接触器及继电器接线线路和端子老化。

3)高压发生器和紫外火焰探测器转换器现场安装不符合规范，周围环境因素使设备造成损坏。

4)火炬顶部消烟蒸汽，在冬季环境温度低于零度左右时，易出现冷凝，形成的积冰从高空坠落造成紫外火焰探测器探头角度变化或损坏，无法检测到火炬火焰。

5)自动点火系统程控仪PLC卡件损坏，控制仪无输入、输出信号。

6)自动点火系统程控仪控制信号不满足条件时，自动启动自动点火系统，造成误点火。

7)检修时程控仪断电，导致内部程序丢失。

8)程控仪自动点火系统内部参数设置不正确，自动点火系统误点火或不点火。

9)冬季北方天气达零下30 ℃，水封罐压力变送器伴热保温效果差，压力变送器冻凝失灵，自动点火系统误点火或拒点火。

10)点火电磁阀安装在露天场所，无遮挡设施，雨雪天气造成点火电磁阀拒动作或是误动作。点火瓦斯线介质脏，造成点火电磁阀卡涩或堵塞，点火瓦斯无法到达火炬顶端，无法点燃火炬。

11)火炬顶部的放电探针与火炬金属支架接触，造成高压电接地。程控仪无过程参数记录及历史数据记录，不便于设备故障诊断分析。

3 自动电打火系统改进方案

3.1 自动电打火系统程控仪程序解读

水封罐压力变送器输入信号与程控议的设定值比较，当水封罐压力不小于10 kPa时，经程控仪PLC逻辑判断，计时器开始计时，时长为120 s；计时器分2路信号，1路开电磁阀控制信号，另1路是高压发生器控制信号；开电磁阀信号经计时器、计数器，选择器至点火瓦斯电磁阀A和B；高压发生器信号控制信号延迟15 s后，经计时器、计数器，选择器至高压发生器A和B打火。程控仪根据紫外火焰探测器的检测火焰状况，执行相应的动作：

1)当紫外火焰探测器A和B均检测到火焰信号时，程控仪逻辑控制高压发生器A和B停止点火；火炬被点燃，则关闭点火瓦斯电磁阀A和B。

2)当紫外火焰探测器A检测到火焰信号、B未检测到火焰信号时，点火瓦斯电磁阀A打开，高压发生器A开始点火，持续点火3次，每次3 s，火炬点燃，则点火结束；未点燃则切换到点火瓦斯电磁阀B，高压发生器B开始点火，持续点火3次，每次3 s，火炬点燃，则点火结束。120 s内未点燃则点火失败，则手动强制点火。

3)当紫外火焰探测器B检测到火焰信号、A未检测到火焰信号时，点火瓦斯电磁阀B打开，高压发生器B开始点火，持续点火3次，每次3 s，火炬点燃，则点火结束；未点燃则切换到点火瓦斯电磁阀A，高压发生器A开始点火，持续点火3次，每次3 s，火炬点燃，则点火结束。120 s内未点燃则点火失败，则手动强制点火。

4)如紫外火焰探测器A和B未检测到火炬火焰信号，则程控仪控制点火瓦斯电磁阀A和B，高压发生器A和B间循环切换3次，对火炬进行点火，且点火持续时间为120 s，如在120 s内火炬未被点燃，则点火失败，结束本次点火并发出报警信号，提醒操作人员，改人工手动点火。自动电打火逻辑如图3所示。

图3 自动电打火逻辑示意

3.2 自动电打火系统在DCS中实现

改造前瓦斯回收装置控制系统采用EURO小系统，自动电打火系统和装置控制系统相互独立，自动电打火系统未植入到EURO控制系统中。2015年瓦斯回收装置控制系统升级改造，将自动电打火系统逻辑关系植入到瓦斯回收装置DCS中，取消了控制室内的自动点火系统控制柜，自动电打火系统改造后在DCS中实现控制。

3.3 改造方案

为保证紧急排放状态下火炬能及时、准确、迅速被点燃，2015年对自动电打火系统存在的隐患问题进行了整改，并对点火系统控制方案进行了改进，主要完善了以下几方面的内容：

1)将原自动电打火系统控制柜拆除，自动电打火系统控制柜内的供电、继电器、接触器均移至DCS控制柜内，仪表信号重新分布设置。并将供电由原来的单路供电改为冗余供电，确保了自动电打火系统供电的可靠性和稳定性

2)自动电打火系统现场增加了2路水封压力信号，并在DCS中采用“三取二”逻辑作为点火条件，避免由于水封压力变送器故障，引起自动点火装置误动作导致的误点燃火炬；完善了现场水封压力变送器的伴热保温及仪表线缆管完好问题。

3)现场安装在普通仪表箱内的高压发生器、紫外火焰探测转换器均移到仪表防爆箱内，并升级了紫外火焰探测转换器，重新布置了接线，完善了接线标示，满足了防爆区域仪表安装使用规范要求，消除了存在的安全隐患。

4)定期清理点火电磁阀过滤器，避免污物积累造成的点火电磁阀卡涩不动作；在点火电磁阀顶部加装防护罩，避免了雨雪天气对点火电磁阀正常工作造成的干扰。

5)重新制做、固定火炬顶部的点火电极，避免点火电极与火炬支架接触引起的故障。

6)为提高火炬自动电打火系统运行的可靠性，每两周对自动电打火系统进行测试，检测自动点火运行状况。

4 结束语

火炬自动电打火系统经过改进后，消除了存在的安全隐患，确保了火炬自动电打火系统的正常工作，实现在DCS中控制火炬自动点火，优化了控制方案，确保自动电打火系统的可靠性和安全性。同时，在DCS中对参与火炬自动点火控制的相关参数建立历史数据库，通过OPC服务器实现了数据远程控制和监控，提高了自动化控制水平，对类似装置有很好的借鉴意义。