加热炉的开车顺序控制应用

传冰

（华陆工程科技有限责任公司，西安 710065）

1 加热炉开车点火概述

加热炉是炼油和化工装置中最常见的加热设备，按照国内现场的常规设计和操作，加热炉的开车一般为现场手动操作，操作人员通过点火枪或者电子点火器进行引燃，同时观察现场观火孔、火焰检测器等反馈情况，确定点火成功与否。

近年来，石化装置安全事故频发，对员工人身安全、企业及国家财产损失造成了不可估量的影响，为此，对涉及安全生产的各方面都应加强重视[1]。在点火过程中，需要现场和控制室操作人员按照流程打开相应的调节阀、切断阀以及手阀，监控对应燃料的温度、压力和流量等参数，过程相对复杂，流程要求严格，但由于现场指挥和沟通的不确定性、操作人员的经验和判断处理问题的能力差异性，导致点火开车过程成为加热炉最危险的一个阶段。

本文结合某现场开车顺序控制的成功实施，对燃烧管理系统（BMS）在加热炉开车过程中的作用和应用进行总结。

2 加热炉简介

该加热炉为自然通风，典型垂直结构，包含对流段和辐射段；配置有烟道挡板（HV-001），现场和就地均可显示和调节开度；同时配置有检测炉膛内氧气、可燃气含量的氧化锆分析仪（AT-001）以及灭火蒸汽阀（UV-001）。

2.1 燃料气系统配置

炉膛下方配备6 个烧嘴，每个烧嘴装备1 个持续式的长明灯，长明灯上配置了电子点火枪和离子火焰检测器，烧嘴上配置了红外火焰检测器，分别在就地和控制室指示火焰强度；烧嘴主燃料气和长明灯主燃料气管线分别配置了双切断阀和放空阀，均配置了阀开和阀关位置开关[2]；每一个烧嘴和长明灯支管上设置手阀，且该部分手阀需配套阀关位置开关。

2.2 燃烧管理系统配置

1）就地操作盘和中控室辅操台均设置了紧急停车按钮，并带有加热炉开车和运行过程中所需要操作的按钮和信号灯。

2） 中控室内配备一套安全完整性级别达到SIL3 的BMS系统，该系统与其他系统完全独立[3]，包括冗余控制器、独立的输入和输出卡件等；同时，其还配置了专用的工程师站。

3 加热炉开车顺控

开车顺控依次为：初始化检查→气密性检测→炉膛吹扫→长明灯点火→烧嘴点火。

3.1 初始化检查

初始化检查之前，现场操作员需要检查并确认以下情况：（1）加热炉烟道挡板（HV-001）处于全开位置；（2）加热炉调风门处于全开位置；（3） 炉膛内氧分析仪/ 氧化锆分析仪（AT-001）断电，因为分析仪内部有加热元件，如通电会成为一个潜在的能量源。

BMS 需检测以下信号，确保允许操作员开炉：（1）现场操作盘和控制室的急停按钮未处于激活位置；（2）长明灯主燃料气管线的双切断阀（UV-022 和UV-023）处于全关位置，放空阀（UV-024）处于全开位置；（3）烧嘴主燃料气管线的双切断阀（UV-012 和UV-013）处于全关位置，放空阀（UV-014）处于全开位置；（4）所有长明灯分支燃料气的进口手阀均处于全关位置；（5） 所有主烧嘴分支燃料气的进口手阀均处于全关位置；（6）灭火蒸汽阀（UV-001）处于全关位置。

以上信号满足，即视为初始化状态满足。

3.2 气密性检测

对于气密性检测来说，需要注意的事项有：

1） 检测前确保烧嘴和长明灯主燃料气管线上游压力足够，按照如下步骤进行检测：（1）初始化检查完成状态激活；就地操作盘上的“准备气密性检测”信号灯亮；（2）操作员被允许按下就地操作盘上的“启动气密性测试”按钮；（3）程序将自动开始同时对烧嘴和长明灯主燃料气管线的气密性执行检测。

2）烧嘴主燃料气管线气密性的测试完全按照和长明灯主燃料气管线气密测试相同的步骤执行。

3）在气密性检测的过程中一旦发生紧急状况，可通过现场或者控制室设置的“紧急停车按钮”终止气密性检测，触发加热炉紧急停车联锁，双切断阀和放空阀立刻返回安全位置[4]。

3.3 炉膛吹扫

为了确保点火之前炉膛内不包含其他可燃气体，在点火之前一般先进行至少15 min 的自然通风来置换炉膛内气体。吹扫完成后，操作人员必须通过便携式气体检测器检测炉膛内部是否还有可燃气体存在，如果依然存在需要再次吹扫。通常可按照如下步骤执行吹扫：

1）初始化检查完成状态激活和气密性检测通过，确认炉膛内没有检测到火焰信号，即视为允许吹扫。

2）操作员被允许按下现场操作盘上的“启动吹扫”按钮。

3）就地操作盘上的“吹扫进行/ 完成”信号灯开始闪烁，同时设置为30 min 的“吹扫时间计时器”开始计时。

4）30 min 的吹扫之后，现场操作盘上的“吹扫进行/ 完成”信号灯稳定常亮（此信号灯将一直保持到长明灯火焰检测器第一次探测到火焰为止），“吹扫时间计时器”复位，“吹扫有效期计时器”开始计时。

5）一旦在吹扫过程中允许吹扫信号丢失，则就地操作盘上的“吹扫失败”信号灯亮；同时，要确认“吹扫进行/ 完成”信号灯灭。

3.4 长明灯点火

在长明灯点火前，需将长明灯主燃料气管线上的自力式减压阀设定合适的压力来配合长明灯点火。

在长明灯点火过程中，程序可以允许不大于3 个长明灯管线处于“不安全”状态，此时当检测到第四个长明灯管线处于不安全状态时，则加热炉紧急停车联锁将被触发。据此，可将长明灯管线的不安全状态定义为：（1）长明灯火焰检测器没有检测到火焰信号；（2）分支管线上的工艺手阀没有被检测到处于关闭位置。

此外，在长明灯点火过程中如遇到任何突发状况，可按下就地操作盘上的“加热炉紧急停车”按钮来终止长明灯点火。当第一个烧嘴火焰检测器检测到火焰后，即视为长明灯点火程序完成。

3.5 烧嘴点火

烧嘴点火前，烧嘴主燃料气管线上的自力式减压阀需设定合适的压力来配合烧嘴点火。

在确认“准备开启烧嘴管线”灯亮以及主燃料气管线上的双切断阀和放空阀在安全位置后，可操作“开启烧嘴主燃料气管线”按钮。当监测到压力上升后，可依次开启前两个主燃料气分支管线上的手阀，并同时观察火焰和火焰检测器的信号反馈。

在前2 个烧嘴点火完成后，操作员必须选择烧嘴主燃料气管线上的调节阀处于压力调节回路的调节之下，并将调节模式修改为自动；此时，再依次打开剩余4 个烧嘴燃料气分支管线上的工艺手阀，从而完成其余烧嘴的点火。

需要注意的是，点火过程中只有长明灯已经被点燃的对应烧嘴才能打开工艺手阀进行点火。在烧嘴点火过程中，如遇到任何突发状况可按下就地操作盘上的“加热炉部分停车”按钮，来终止烧嘴点火。当所有的烧嘴均检测到火焰信号后，烧嘴的点火程序视为结束。

3.6 开车旁路的设置

在长明灯点火和烧嘴点火的过程中，各自燃料气管线上的压力低低联锁均需要被自动旁路20 s，以保证压力达到正常值。

在加热炉开车过程中，炉管内的工艺介质流量尚未建立，故工艺介质流量低低联锁需要在此时被旁路；当工艺介质流量持续超过低低联锁值15 min 或者炉膛温度达到350 ℃时，此旁路自动失效；对此，则可以认为工艺介质稳定循环建立，所以，操作员需选择烧嘴主燃料气管线上的调节阀修改为串级模式。

4 结语

本化工装置中的加热炉的开车顺序控制和流程目前已经应用成功，且已经稳定运行一定时间。结合现场的情况来看，该开车顺控比较完善，具有很强的可操作性。从实际应用来看，加热炉的开车顺序控制程序是1 个以BMS 的开车顺序控制为主导，现场以及控制室操作人员共同配合的紧密过程。该方式可最大限度地减少在人为操作以及指挥等方面的不确定性，从而减轻了操作人员的工作强度，并保证了加热炉的点火开车过程安全、有序和受控，可以说最大限度地保证了现场人员、设备以及环境的安全。