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在煉油行業(yè)，加工的原料、半成品及成品多數(shù)是易燃易爆的，如果稍有不慎就可能釀成火災(zāi)，所以煉油廠對(duì)火的控制格外嚴(yán)格，在裝置區(qū)禁止煙火，對(duì)電氣焊的管理也有嚴(yán)格規(guī)定。但在煉油裝置中有兩類(lèi)火不能缺少，一是加熱爐中的明火，另一是火炬放空時(shí)的明火。
加熱燃燒爐加熱工藝介質(zhì)，使其達(dá)到相應(yīng)的溫度，使工藝流程順利完成，其作用不言而喻；火炬是整套生產(chǎn)裝置最后的放空燃燒設(shè)備，近年來(lái)為節(jié)能降耗各廠實(shí)施了消滅火炬、消滅長(zhǎng)明燈項(xiàng)目。熄滅火炬后在裝置正常時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的尾氣由氣柜、壓縮機(jī)回收利用，火炬不再點(diǎn)燃；在裝置發(fā)生事故時(shí)，需緊急放空，這時(shí)因?yàn)榉趴樟亢艽�，必須排向火炬燒掉。倘若在大量放空時(shí)不能及時(shí)點(diǎn)燃火炬，輕則造成環(huán)境污染，重則發(fā)生空中爆炸的重大事故，后果不堪設(shè)想。在我國(guó)熄滅火炬項(xiàng)目實(shí)施以來(lái)，為保證安全，要求火炬必須配備全自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)，而火焰的精確檢測(cè)是全自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)必不可少的。
2003年大慶石化公司煉油廠新建了一套加氫、制氫聯(lián)合裝置，其中有一臺(tái)制氫轉(zhuǎn)化爐，加熱后的介質(zhì)達(dá)820℃左右，如果爐子滅火，裝置就要緊急停工。此裝置還附屬有火炬系統(tǒng)。本文將根據(jù)此裝置的配置來(lái)說(shuō)明常規(guī)的火焰的監(jiān)視和控制。
1. 火焰監(jiān)視系統(tǒng)
為給操作人員提供一個(gè)簡(jiǎn)單，直觀監(jiān)視火焰熄滅和燃燒情況，裝置對(duì)制氫轉(zhuǎn)化爐和火炬系統(tǒng)安裝了一套監(jiān)視系統(tǒng)。
1.1 工作原理
簡(jiǎn)單說(shuō)，就是利用攝像機(jī)對(duì)火焰進(jìn)行監(jiān)視。但由于制氫轉(zhuǎn)化爐溫度高，對(duì)轉(zhuǎn)化爐和火炬火焰需要全天候監(jiān)視，這就要配備一套帶有很多附件的電視監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括三套內(nèi)窺視高溫?cái)z像機(jī)、一套火炬監(jiān)視攝像機(jī)。以完成對(duì)制氫爐內(nèi)的點(diǎn)火、燃燒情況及火炬火焰等重點(diǎn)部位進(jìn)行合理而有效的監(jiān)控和管理。
1.2 系統(tǒng)組成
火焰監(jiān)視系統(tǒng)本著技術(shù)先進(jìn)、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、功能集成、便于擴(kuò)展的精神，通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外幾家公司產(chǎn)品的性價(jià)比較，最后選擇了三維力控公司的監(jiān)控組態(tài)軟件產(chǎn)品。該監(jiān)視系統(tǒng)通過(guò)圖像采集系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、圖像顯示系統(tǒng)等幾部分集成一體來(lái)對(duì)該裝置的生產(chǎn)進(jìn)行全過(guò)程全天候監(jiān)視。（系統(tǒng)組成見(jiàn)圖1）下面對(duì)各部分具體進(jìn)行介紹。
1.2.1 圖像采集系統(tǒng)
根據(jù)裝置實(shí)際情況，圖像采集子系統(tǒng)由三套內(nèi)窺視高溫?cái)z像機(jī)和一套火炬攝像機(jī)組成。內(nèi)窺視高溫?cái)z像機(jī)安裝于轉(zhuǎn)化爐，由耐高溫?cái)z像機(jī)組（含進(jìn)退裝置）、冷卻保護(hù)系統(tǒng)、終端控制箱等設(shè)備組成。主要特點(diǎn)有：
具有寬火焰亮度觀察性能：可清晰觀察從點(diǎn)火到正常燃燒的整個(gè)過(guò)程。
采用壓縮空氣強(qiáng)迫冷卻措施保護(hù)針孔鏡頭及攝像機(jī)在2000℃的高溫下系統(tǒng)仍能正常工作。
氣動(dòng)進(jìn)退裝置：采用自動(dòng)進(jìn)退裝置，體積小、重量輕、可靠性高。
具有進(jìn)膛前氣壓正常判斷、工作時(shí)欠壓保護(hù)、退膛后系統(tǒng)自動(dòng)切斷氣源的功能。這樣設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是既能保證設(shè)備安全，又能最大限度節(jié)約系統(tǒng)運(yùn)行成本。
真彩色、高清晰度：圖像色彩鮮艷、逼真，清晰度高。
具有故障報(bào)警和自動(dòng)保護(hù)功能。
由于火炬攝像機(jī)的距離火焰比較遠(yuǎn)，溫度不高，所以不用內(nèi)窺視高溫?cái)z像機(jī)，而采用超夜視型彩色低照度攝像機(jī)并配備十倍自動(dòng)光圈鏡頭、全方位室外云臺(tái)，既保證了攝像機(jī)的夜視功能，又達(dá)到了對(duì)火炬的觀測(cè)效果。
1.2.2 傳輸系統(tǒng)
在本電視監(jiān)視系統(tǒng)中，三套內(nèi)窺視高溫?cái)z像機(jī)視頻傳輸距離較近，采用視頻電纜進(jìn)行傳輸，而火炬監(jiān)視攝像機(jī)距控制室1500多米，故采用光纜傳輸。視頻電纜根據(jù)線芯粗細(xì)的不同，可分為75-3、75-5、75-7三種型號(hào)，根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)：75-3型視頻電纜用于100米內(nèi)；75-5型視頻電纜用于200米內(nèi)；75-7型視頻電纜用于300米內(nèi)。這樣使用可以保證圖形質(zhì)量滿足電視信號(hào)的國(guó)標(biāo)GB7401中的圖像質(zhì)量的最高標(biāo)準(zhǔn)。裝置現(xiàn)場(chǎng)由于存在干擾，所以視頻電纜的屏蔽網(wǎng)也很重要，屏蔽網(wǎng)根據(jù)疏密不同分為：32B、64B、96B、112B四種，屏蔽網(wǎng)的數(shù)值越高，屏蔽效果越好，圖像相對(duì)傳輸距離就較遠(yuǎn)，考慮到價(jià)格因素，選用64B的視頻電纜既能滿足條件，又節(jié)省投資。
目前單模光纖成纜技術(shù)已經(jīng)非常成熟，且單模光纜的價(jià)格比多模光纜的價(jià)格要低，只是單模光端機(jī)比多模光端機(jī)價(jià)位高些，綜合考慮整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)成本及功能，我們選用了普鎧單模光纜。光端機(jī)選用美國(guó)的GLORY光收發(fā)機(jī)。GLORY光端機(jī)是完全針對(duì)各種大型遠(yuǎn)距離視頻、音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。在視頻、微波負(fù)載及波分復(fù)用技術(shù)方面，始終走在世界前列，在圖像傳輸方面領(lǐng)導(dǎo)著世界潮流。GLORY光端機(jī)在結(jié)構(gòu)上全部采用模塊式結(jié)構(gòu)，加上其強(qiáng)大的復(fù)用技術(shù)，為今后擴(kuò)充、維護(hù)系統(tǒng)提供了便利的條件，在不改變光纖的情況下只需增加模塊就可以不斷擴(kuò)展傳輸容量，以適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的傳輸要求。
1.2.3 控制子系統(tǒng)
內(nèi)窺視高溫?cái)z像機(jī)主要由高溫?cái)z像機(jī)主控制器完成控制功能，可以遙控?cái)z像機(jī)的進(jìn)退、鏡頭的光圈大小，并提供欠壓/超壓聲光報(bào)警及進(jìn)/退到位指示�；鹁姹O(jiān)視攝像機(jī)的控制則由矩陣控制器完成，矩陣控制器同時(shí)完成所有視頻信號(hào)在電視機(jī)上的顯示切換功能。
1.2.4 圖像顯示子系統(tǒng)
圖像顯示子系統(tǒng)主要有29英寸彩色純平監(jiān)視器和四畫(huà)面分割器組成，四畫(huà)面分割器主要完成四畫(huà)面在同一臺(tái)監(jiān)視器上顯示4路圖像的功能。
2 火焰控制系統(tǒng)
2.1 工作原理
在火焰控制中可以通過(guò)測(cè)量燃料流量或通過(guò)溫度測(cè)量等來(lái)間接了解火焰的燃燒狀況，從而控制火焰強(qiáng)弱，但也可以直接測(cè)量火焰來(lái)進(jìn)行控制。
在燃燒過(guò)程中，可燃物質(zhì)都會(huì)發(fā)出不同頻率或不同波長(zhǎng)的可見(jiàn)光、紅外線、紫外線。瓦斯及重油燃燒過(guò)程中火焰發(fā)出紫外線含量占主要部分，其次是可見(jiàn)光和紅外線。煤或煤粉在燃燒過(guò)程中，火焰發(fā)出的紅外線占主要部分。火焰熄滅后，紫外線立刻消失，但爐膛內(nèi)仍有大量的紅外線及可見(jiàn)光。我們常通過(guò)測(cè)量紫外線、或同時(shí)測(cè)量紫外線、紅外線來(lái)檢測(cè)火焰的有無(wú)或強(qiáng)弱。
2.2 火炬火焰的控制
火炬燃燒的火焰發(fā)射出從紅外到紫外各種波長(zhǎng)的光線，其中包含紫外線探測(cè)器所敏感的波長(zhǎng)為185——260nm的遠(yuǎn)紫外線。該波段的紫外線經(jīng)聚焦鏡匯聚后，照射到探頭內(nèi)的紫外線傳感器上，使之轉(zhuǎn)換為頻率隨火焰強(qiáng)度變化的電脈沖信號(hào)，因該傳感器對(duì)波長(zhǎng)為185——260nm以外的其它光線均不敏感，而只有火焰和火花等明火才能發(fā)射出該波長(zhǎng)的光線，故該探頭對(duì)太陽(yáng)光、各種燈光及高溫輻射光線均不敏感。從而避免了各種雜散光線的干擾。
火炬的作用是緊急情況下放空燃?xì)�，不需要控制火焰的大小，因而火炬火焰控制主要是保證點(diǎn)火的成功，及意外情況下火炬熄火后保證能夠立刻檢測(cè)到熄滅信號(hào)，使控制系統(tǒng)重新打火，避免出現(xiàn)安全事故。
為確保安全，火炬自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)一般配備二至三支點(diǎn)火器，當(dāng)全部完好時(shí)能準(zhǔn)確無(wú)誤的點(diǎn)燃火炬。而火炬火焰探測(cè)器是點(diǎn)火系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)必不可少的設(shè)備。圖2是火炬點(diǎn)火控制系統(tǒng)的示意圖，下面根據(jù)此圖簡(jiǎn)要說(shuō)明火炬自動(dòng)點(diǎn)火控制系統(tǒng)。
當(dāng)燃?xì)馀欧艜r(shí)，火炬總管內(nèi)的流量信號(hào)升高到給定值時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)為有可燃?xì)庀蚧鹁媾欧�，控制室�?nèi)的DCS系統(tǒng)經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算，輸出信號(hào)控制高壓發(fā)生器和調(diào)理器輸出高壓電，使高空點(diǎn)火器內(nèi)的點(diǎn)火器產(chǎn)生電弧，并打開(kāi)高壓燃?xì)怆姶砰y向高空點(diǎn)火器內(nèi)噴入燃?xì)猓細(xì)馀c空氣混合被點(diǎn)燃，自高空點(diǎn)火器頂部噴出火焰，引燃火炬頂部噴出的排放燃?xì)狻?/P>
火炬點(diǎn)燃后，由火炬火焰探測(cè)器測(cè)得火焰信號(hào)，反饋給DCS控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)輸出信號(hào)，停止向高空點(diǎn)火器供給高壓電和燃?xì)�，點(diǎn)火過(guò)程完成，系統(tǒng)處于監(jiān)控狀態(tài)。
因某種原因火炬中途熄滅，而此時(shí)排放燃?xì)馊源嬖�，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，輕則造成污染，重則發(fā)生空中爆炸的重大事故。此時(shí)，火焰探測(cè)器發(fā)揮應(yīng)有的作用，把檢測(cè)到的火焰熄滅的信號(hào)傳入控制室中的DCS系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)邏輯控制自動(dòng)重新點(diǎn)火，保證火炬點(diǎn)燃。
為保證火炬火焰燃燒充分，不產(chǎn)生黑煙該系統(tǒng)還有火炬的排放燃?xì)饬颗c消煙蒸汽量的比值調(diào)節(jié)及其它控制回路的相關(guān)調(diào)節(jié)。
2.3 制氫轉(zhuǎn)化爐火焰控制
轉(zhuǎn)化爐是制氫裝置的主要設(shè)備。在轉(zhuǎn)化爐爐管中，原料氣和過(guò)熱蒸汽在高溫時(shí)發(fā)生烴類(lèi)的水蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化爐出口轉(zhuǎn)化氣由H2O、H2、CO、CO2及殘余甲烷組成，出來(lái)的轉(zhuǎn)化氣溫度高達(dá)820℃。
溫度的控制對(duì)于轉(zhuǎn)化爐很重要，溫度過(guò)高過(guò)低都會(huì)影響裝置運(yùn)行，如果轉(zhuǎn)化爐滅火那么裝置必須緊急停工。
制氫轉(zhuǎn)化爐部分設(shè)計(jì)有諸如瓦斯壓力、爐膛溫度等的常規(guī)控制，這里要特別說(shuō)明和爐膛火焰有關(guān)的連鎖部分。圖3是制氫轉(zhuǎn)化爐部分的連鎖原理圖。當(dāng)轉(zhuǎn)化爐滅火時(shí)，燃燒噪音消失、爐膛負(fù)壓增高，爐膛變暗，看不見(jiàn)火焰，同時(shí)爐膛溫度快速下降，轉(zhuǎn)化出口溫度下降。安裝在現(xiàn)場(chǎng)的儀表系統(tǒng)，會(huì)檢測(cè)到轉(zhuǎn)化爐膛壓力過(guò)高或燃料氣壓力過(guò)低，這些信號(hào)傳入控制室后經(jīng)過(guò)邏輯控制，輸出一系列信號(hào)，自動(dòng)執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作，進(jìn)行裝置停工。
裝置還設(shè)計(jì)有其它連鎖控制，這里就不敘述了。
3. 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，煉油行業(yè)中的火炬和加熱爐中的控制并不復(fù)雜，但由于煉油裝置中的介質(zhì)多數(shù)是易燃易爆的，而且裝置中也有可能泄露可燃?xì)狻?/P>
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