废酸再生装置焚烧炉顺序控制及联锁方案的探讨

王 晨，陈 虹，薛守玲，董爱娜

（中石油华东设计院有限公司，山东 青岛 266071）

烷基化装置运行一段时间后，浓硫酸催化剂的浓度会下降，从而形成大量废酸，废酸再生装置的投用，可有效提高烷基化装置的运行效率，减少废酸的产生。本文主要探讨废酸再生装置中焚烧炉的顺序控制和重要联锁方案。

1 基本工艺流程

废酸再生装置工艺基本流程由燃烧部分、反应部分、冷凝部分、浓硫酸（H2SO4）回收部分及公用工程等部分组成。首先，焚烧炉内燃烧燃料气，将加热炉温度逐渐加热至1000℃左右，之后烷基化装置生产的废酸经喷头喷入焚烧炉燃烧，同时上游装置产生的酸性气也送入焚烧炉内燃烧。废酸及酸性气等介质在焚烧炉内高温环境下发生裂解及氧化反应。焚烧炉的助燃风来自大气，经过风机增压，并经空气预热器预热后分为两路，其中一路为焚烧炉助燃风，另一路为反应器内的催化转化反应的氧气（O2）来源。焚烧炉燃烧后的工艺气经过换热过滤，将其中的杂质过滤掉。过滤后的工艺气经换热器冷却降温，进入到反应器中，反应后的工艺气经换热器继续降温冷却，在冷凝器内冷凝成酸。冷凝冷却后的浓硫酸一部分送至硫酸罐，一部分送至烷基化部分，成为烷基化装置反应催化剂。尾气继续经过反应器处理，处理后合格的尾气排至烟囱。

图1 炉膛吹扫顺控Fig.1 Furnace purge sequence control

焚烧炉内主要化学反应式如下：

2 焚烧炉顺序控制方案

为提高焚烧炉的自动化程度，避免装置在开、停工和生产操作过程中可能出现事故，本装置根据工艺操作过程，将焚烧炉的吹扫、点火、投酸等过程设计为自动控制。同时为提高装置的自动化控制程度，废酸再生装置设计了停工状态、开工状态和投酸状态3 种状态。停工状态是指装置处于停工或开车前，此时整个装置处于安全状态；开工状态包含装置开始点火至投酸前，各个阀门、机泵、风机或开或关的状态；投酸状态，指的是达到投用废酸或酸性气条件装置投用废酸或酸性气时，各个阀门、机泵、风机或开或关的状态。每一种状态下均对相关阀门、机泵、风机等状态提出不同要求，只有先满足相应的模式条件，才能顺利执行顺控程序。具体顺控方案如下：

图2 长明灯点火顺控Fig.2 Pilot burner sequence control

2.1 点火前条件确认

在装置点火前，需确认装置处于停工状态、相应阀门及机泵处于安全位置，控制室紧急停车按钮无动作、就地紧急停车按钮无动作。确认完毕后，进入开工状态，方可允许启动主燃料气投用前吹扫炉膛顺控程序。

2.2 炉膛吹扫顺控

进入开工状态后，首先需要人工开启鼓风机，否则不能启动焚烧炉吹扫顺控程序。之后点击主燃料气投入前吹扫程序按钮，进入到焚烧炉吹扫顺控程序，同时只有所有阀门的开状态信号检测到，才能执行下一步顺控程序，详细顺控步骤如图1 所示。当吹扫完成后，开始计时，10min内未点燃长明灯，则不允许开工。如果继续开工，则需要重新吹扫。

2.3 长明灯点火顺控

长明灯点火前，必须首先确认炉膛已经吹扫完毕，并且已经开始计时。考虑到炉温高于750℃或者主火嘴有火焰时，长明灯也可能因意外熄灭，此时不需要重新吹扫炉膛。因此，当炉温高于750℃或者主火嘴有火焰时，也可以进入点燃长明灯顺控程序。当人工按下操作站上长明灯点火顺控软按钮时，现场点火器得电，并打开长明灯紧急切断阀。火焰检测器检验到火焰，长明灯点火成功，现场显示画面变绿，表示点火成功。否则现场画面变红，同时关闭长明灯燃料气阀，详细顺控步骤如图2 所示。

图3 主燃料气流程示意Fig.3 Main burner fuel Process&Instrument diagram

图4 主燃料气阀门泄漏测试顺控Fig.4 Main burner emergency valve leakage test sequence control

图5 主燃料气自动投用顺控Fig.5 Main burner fuel automatic burning sequence control

2.4 主燃料气阀门泄漏量测试顺控

长明灯点火成功后，进行主燃料气阀门泄漏量测试。切断阀XV-01 及XV-02，用于主燃料气的紧急切断。PT-01 测量XV-01 之前的燃料气压力，PT-02 测量XV-01及XV-02 之间的压力，PT-03 测量XV-02 后压力，流程示意如图3 所示（详细的顺控过程如图4 所示）。通过不断开关紧急切断阀，并判断压力变化情况，来确定阀门是否有泄漏，如果阀门有泄漏，则不能继续开工。

2.5 主燃料气自动投用顺控

长明灯点火成功且主燃料气阀门泄漏测试顺控通过后，主火嘴方可点火，如图5 所示。当按下点火按钮后，主燃料气紧急切断阀XV-01、XV-02 打开。当主燃料气火焰检测器检验到火焰，主火嘴点火成功，现场按钮显示画面，表示点火成功。否则现场显示画面变红，同时关闭主燃料气切断阀。

图6 废酸自动投用顺控Fig.6 Spent Acid automatic burning sequence control

2.6 废酸自动投用顺控

图7 酸性气自动投用顺控Fig.7 Acid gas automatic burning sequence control

当炉温达到1000℃以上时，具备投入废酸条件，进入投酸状态，可以投入废酸。此时点击投酸按钮，进入顺控程序，如图6 所示。

2.7 酸性气自动投用顺控

当炉温达到1000℃以上时，具备投入废酸气条件，进入投酸状态，可以投入废酸气，如图7 所示。投用废酸或酸性气的顺序可以根据实际工况进行确定，并且酸性气在投用前也需进行阀门泄漏测试，其过程与主燃料气阀门泄漏测试过程基本相同，不再赘述。

3 焚烧炉联锁控制方案

在正常运行的焚烧炉中，有烃类、废酸、二氧化碳（CO2）等介质，为防止装置在开、停工和生产操作过程中出现重大的事故，如爆炸、泄漏、中毒等，必须有可靠的措施将异常工况控制在安全范围内。废酸装置焚烧炉主要联锁如下：

1）紧急停炉联锁。焚烧炉联锁停炉主要是为了保证炉膛压力及温度在正常范围内，避免焚烧炉炉内介质燃烧不完全，造成设备腐蚀损坏、人员中毒；防止超温、爆炸等事故并保证后续流程不会出现剧烈波动。

2）长明灯及主燃料气紧急切断联锁。长明灯及主燃料气紧急切断联锁是为了保证当紧急停炉或工况不正常时，通过切断可燃性气体进入炉膛内，避免高温烟气反串，并保证焚烧炉本身或后续流程不会发生超温、爆炸等事故。

3）酸性气紧急切断联锁。酸性气紧急切断联锁是当紧急停炉事故时，通过关闭酸性气气管线联锁切断阀，避免高温烟气反串、酸性气处理不完全，造成尾气超标、设备腐蚀、人员中毒等事故。

4）废酸紧急切断。废酸紧急切断联锁时，为了保证事故工况时，能够紧急切断废酸投料，避免废酸处理不完全造成尾气超标、腐蚀设备、人员中毒等事故，保证装置安全。

4 结束语

废酸再生装置焚烧炉的安全控制是废酸再生装置平稳运行的关键。通过为焚烧炉设计自动点火、投料顺控以及安全联锁保护，能够有效防止操作人员误操作，减少操作人员的劳动强度，提高废酸再生装置焚烧炉的自控水平。