廢酸再生裝置焚燒爐順序控制及聯(lián)鎖方案的探討

王 晨，陳 虹，薛守玲，董愛娜

（中石油華東設(shè)計(jì)院有限公司，山東 青島 266071）

烷基化裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，濃硫酸催化劑的濃度會(huì)下降，從而形成大量廢酸，廢酸再生裝置的投用，可有效提高烷基化裝置的運(yùn)行效率，減少?gòu)U酸的產(chǎn)生。本文主要探討廢酸再生裝置中焚燒爐的順序控制和重要聯(lián)鎖方案。

1 基本工藝流程

廢酸再生裝置工藝基本流程由燃燒部分、反應(yīng)部分、冷凝部分、濃硫酸（H2SO4）回收部分及公用工程等部分組成。首先，焚燒爐內(nèi)燃燒燃料氣，將加熱爐溫度逐漸加熱至1000℃左右，之后烷基化裝置生產(chǎn)的廢酸經(jīng)噴頭噴入焚燒爐燃燒，同時(shí)上游裝置產(chǎn)生的酸性氣也送入焚燒爐內(nèi)燃燒。廢酸及酸性氣等介質(zhì)在焚燒爐內(nèi)高溫環(huán)境下發(fā)生裂解及氧化反應(yīng)。焚燒爐的助燃風(fēng)來(lái)自大氣，經(jīng)過(guò)風(fēng)機(jī)增壓，并經(jīng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱后分為兩路，其中一路為焚燒爐助燃風(fēng)，另一路為反應(yīng)器內(nèi)的催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)的氧氣（O2）來(lái)源。焚燒爐燃燒后的工藝氣經(jīng)過(guò)換熱過(guò)濾，將其中的雜質(zhì)過(guò)濾掉。過(guò)濾后的工藝氣經(jīng)換熱器冷卻降溫，進(jìn)入到反應(yīng)器中，反應(yīng)后的工藝氣經(jīng)換熱器繼續(xù)降溫冷卻，在冷凝器內(nèi)冷凝成酸。冷凝冷卻后的濃硫酸一部分送至硫酸罐，一部分送至烷基化部分，成為烷基化裝置反應(yīng)催化劑。尾氣繼續(xù)經(jīng)過(guò)反應(yīng)器處理，處理后合格的尾氣排至煙囪。

圖1 爐膛吹掃順控Fig.1 Furnace purge sequence control

焚燒爐內(nèi)主要化學(xué)反應(yīng)式如下：

2 焚燒爐順序控制方案

為提高焚燒爐的自動(dòng)化程度，避免裝置在開、停工和生產(chǎn)操作過(guò)程中可能出現(xiàn)事故，本裝置根據(jù)工藝操作過(guò)程，將焚燒爐的吹掃、點(diǎn)火、投酸等過(guò)程設(shè)計(jì)為自動(dòng)控制。同時(shí)為提高裝置的自動(dòng)化控制程度，廢酸再生裝置設(shè)計(jì)了停工狀態(tài)、開工狀態(tài)和投酸狀態(tài)3 種狀態(tài)。停工狀態(tài)是指裝置處于停工或開車前，此時(shí)整個(gè)裝置處于安全狀態(tài)；開工狀態(tài)包含裝置開始點(diǎn)火至投酸前，各個(gè)閥門、機(jī)泵、風(fēng)機(jī)或開或關(guān)的狀態(tài)；投酸狀態(tài)，指的是達(dá)到投用廢酸或酸性氣條件裝置投用廢酸或酸性氣時(shí)，各個(gè)閥門、機(jī)泵、風(fēng)機(jī)或開或關(guān)的狀態(tài)。每一種狀態(tài)下均對(duì)相關(guān)閥門、機(jī)泵、風(fēng)機(jī)等狀態(tài)提出不同要求，只有先滿足相應(yīng)的模式條件，才能順利執(zhí)行順控程序。具體順控方案如下：

圖2 長(zhǎng)明燈點(diǎn)火順控Fig.2 Pilot burner sequence control

2.1 點(diǎn)火前條件確認(rèn)

在裝置點(diǎn)火前，需確認(rèn)裝置處于停工狀態(tài)、相應(yīng)閥門及機(jī)泵處于安全位置，控制室緊急停車按鈕無(wú)動(dòng)作、就地緊急停車按鈕無(wú)動(dòng)作。確認(rèn)完畢后，進(jìn)入開工狀態(tài)，方可允許啟動(dòng)主燃料氣投用前吹掃爐膛順控程序。

2.2 爐膛吹掃順控

進(jìn)入開工狀態(tài)后，首先需要人工開啟鼓風(fēng)機(jī)，否則不能啟動(dòng)焚燒爐吹掃順控程序。之后點(diǎn)擊主燃料氣投入前吹掃程序按鈕，進(jìn)入到焚燒爐吹掃順控程序，同時(shí)只有所有閥門的開狀態(tài)信號(hào)檢測(cè)到，才能執(zhí)行下一步順控程序，詳細(xì)順控步驟如圖1 所示。當(dāng)吹掃完成后，開始計(jì)時(shí)，10min內(nèi)未點(diǎn)燃長(zhǎng)明燈，則不允許開工。如果繼續(xù)開工，則需要重新吹掃。

2.3 長(zhǎng)明燈點(diǎn)火順控

長(zhǎng)明燈點(diǎn)火前，必須首先確認(rèn)爐膛已經(jīng)吹掃完畢，并且已經(jīng)開始計(jì)時(shí)?？紤]到爐溫高于750℃或者主火嘴有火焰時(shí)，長(zhǎng)明燈也可能因意外熄滅，此時(shí)不需要重新吹掃爐膛。因此，當(dāng)爐溫高于750℃或者主火嘴有火焰時(shí)，也可以進(jìn)入點(diǎn)燃長(zhǎng)明燈順控程序。當(dāng)人工按下操作站上長(zhǎng)明燈點(diǎn)火順控軟按鈕時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)火器得電，并打開長(zhǎng)明燈緊急切斷閥?；鹧鏅z測(cè)器檢驗(yàn)到火焰，長(zhǎng)明燈點(diǎn)火成功，現(xiàn)場(chǎng)顯示畫面變綠，表示點(diǎn)火成功。否則現(xiàn)場(chǎng)畫面變紅，同時(shí)關(guān)閉長(zhǎng)明燈燃料氣閥，詳細(xì)順控步驟如圖2 所示。

圖3 主燃料氣流程示意Fig.3 Main burner fuel Process&Instrument diagram

圖4 主燃料氣閥門泄漏測(cè)試順控Fig.4 Main burner emergency valve leakage test sequence control

圖5 主燃料氣自動(dòng)投用順控Fig.5 Main burner fuel automatic burning sequence control

2.4 主燃料氣閥門泄漏量測(cè)試順控

長(zhǎng)明燈點(diǎn)火成功后，進(jìn)行主燃料氣閥門泄漏量測(cè)試。切斷閥XV-01 及XV-02，用于主燃料氣的緊急切斷。PT-01 測(cè)量XV-01 之前的燃料氣壓力，PT-02 測(cè)量XV-01及XV-02 之間的壓力，PT-03 測(cè)量XV-02 后壓力，流程示意如圖3 所示（詳細(xì)的順控過(guò)程如圖4 所示）。通過(guò)不斷開關(guān)緊急切斷閥，并判斷壓力變化情況，來(lái)確定閥門是否有泄漏，如果閥門有泄漏，則不能繼續(xù)開工。

2.5 主燃料氣自動(dòng)投用順控

長(zhǎng)明燈點(diǎn)火成功且主燃料氣閥門泄漏測(cè)試順控通過(guò)后，主火嘴方可點(diǎn)火，如圖5 所示。當(dāng)按下點(diǎn)火按鈕后，主燃料氣緊急切斷閥XV-01、XV-02 打開。當(dāng)主燃料氣火焰檢測(cè)器檢驗(yàn)到火焰，主火嘴點(diǎn)火成功，現(xiàn)場(chǎng)按鈕顯示畫面，表示點(diǎn)火成功。否則現(xiàn)場(chǎng)顯示畫面變紅，同時(shí)關(guān)閉主燃料氣切斷閥。

圖6 廢酸自動(dòng)投用順控Fig.6 Spent Acid automatic burning sequence control

2.6 廢酸自動(dòng)投用順控

圖7 酸性氣自動(dòng)投用順控Fig.7 Acid gas automatic burning sequence control

當(dāng)爐溫達(dá)到1000℃以上時(shí)，具備投入廢酸條件，進(jìn)入投酸狀態(tài)，可以投入廢酸。此時(shí)點(diǎn)擊投酸按鈕，進(jìn)入順控程序，如圖6 所示。

2.7 酸性氣自動(dòng)投用順控

當(dāng)爐溫達(dá)到1000℃以上時(shí)，具備投入廢酸氣條件，進(jìn)入投酸狀態(tài)，可以投入廢酸氣，如圖7 所示。投用廢酸或酸性氣的順序可以根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行確定，并且酸性氣在投用前也需進(jìn)行閥門泄漏測(cè)試，其過(guò)程與主燃料氣閥門泄漏測(cè)試過(guò)程基本相同，不再贅述。

3 焚燒爐聯(lián)鎖控制方案

在正常運(yùn)行的焚燒爐中，有烴類、廢酸、二氧化碳（CO2）等介質(zhì)，為防止裝置在開、停工和生產(chǎn)操作過(guò)程中出現(xiàn)重大的事故，如爆炸、泄漏、中毒等，必須有可靠的措施將異常工況控制在安全范圍內(nèi)。廢酸裝置焚燒爐主要聯(lián)鎖如下：

1）緊急停爐聯(lián)鎖。焚燒爐聯(lián)鎖停爐主要是為了保證爐膛壓力及溫度在正常范圍內(nèi)，避免焚燒爐爐內(nèi)介質(zhì)燃燒不完全，造成設(shè)備腐蝕損壞、人員中毒；防止超溫、爆炸等事故并保證后續(xù)流程不會(huì)出現(xiàn)劇烈波動(dòng)。

2）長(zhǎng)明燈及主燃料氣緊急切斷聯(lián)鎖。長(zhǎng)明燈及主燃料氣緊急切斷聯(lián)鎖是為了保證當(dāng)緊急停爐或工況不正常時(shí)，通過(guò)切斷可燃性氣體進(jìn)入爐膛內(nèi)，避免高溫?zé)煔夥创?，并保證焚燒爐本身或后續(xù)流程不會(huì)發(fā)生超溫、爆炸等事故。

3）酸性氣緊急切斷聯(lián)鎖。酸性氣緊急切斷聯(lián)鎖是當(dāng)緊急停爐事故時(shí)，通過(guò)關(guān)閉酸性氣氣管線聯(lián)鎖切斷閥，避免高溫?zé)煔夥创?、酸性氣處理不完全，造成尾氣超?biāo)、設(shè)備腐蝕、人員中毒等事故。

4）廢酸緊急切斷。廢酸緊急切斷聯(lián)鎖時(shí)，為了保證事故工況時(shí)，能夠緊急切斷廢酸投料，避免廢酸處理不完全造成尾氣超標(biāo)、腐蝕設(shè)備、人員中毒等事故，保證裝置安全。

4 結(jié)束語(yǔ)

廢酸再生裝置焚燒爐的安全控制是廢酸再生裝置平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。通過(guò)為焚燒爐設(shè)計(jì)自動(dòng)點(diǎn)火、投料順控以及安全聯(lián)鎖保護(hù)，能夠有效防止操作人員誤操作，減少操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高廢酸再生裝置焚燒爐的自控水平。