吳關(guān)林，李偉華，程艷會(huì)，付勇敢，張波

(1. 中原油田普光分公司 天然氣凈化廠, 四川 達(dá)州 636156; 2. 岳陽(yáng)長(zhǎng)煉機(jī)電工程技術(shù)有限公司，四川 達(dá)州 636156)

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克勞斯?fàn)t火檢系統(tǒng)的可靠性研究

吳關(guān)林1，李偉華1，程艷會(huì)1，付勇敢1，張波2

(1. 中原油田普光分公司 天然氣凈化廠, 四川 達(dá)州 636156; 2. 岳陽(yáng)長(zhǎng)煉機(jī)電工程技術(shù)有限公司，四川 達(dá)州 636156)

摘要：針對(duì)克勞斯?fàn)t火檢系統(tǒng)故障率高的問(wèn)題，研究分析了該火檢系統(tǒng)的工作原理、組成結(jié)構(gòu)、故障原因，提出了整改方案、防護(hù)措施及調(diào)試中需要注意的問(wèn)題，總結(jié)了提高系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵事項(xiàng)。整改后故障次數(shù)明顯減少，大幅提高了系統(tǒng)的可靠性，實(shí)際應(yīng)用效果良好。

關(guān)鍵詞：克勞斯?fàn)t火檢可靠性溫差干擾

普光氣田屬高含硫氣田，其硫化氫含量平均達(dá)到14.14%，經(jīng)過(guò)普光天然氣凈化廠凈化后每年向外輸送1×1010m3左右的凈化天然氣。該凈化廠由12個(gè)系列凈化裝置組成，采用MDEA法脫硫、TEG法脫水、常規(guī)Claus二級(jí)轉(zhuǎn)換法硫磺回收、加氫還原吸收尾氣處理的工藝路線。

硫磺回收單元由克勞斯燃燒反應(yīng)爐和兩級(jí)催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化器組成，可以將93%～95%的硫化氫進(jìn)行硫回收，其中在克勞斯燃燒反應(yīng)爐內(nèi)完成80%左右硫化氫的轉(zhuǎn)化。反應(yīng)爐是凈化廠非常重要的設(shè)備，其高能燃燒室形成高溫、高混的濃縮反應(yīng)區(qū)，并能形成穩(wěn)定的火焰，其前期烘爐、燃料氣伴燒和酸性氣燃燒等模式都需要進(jìn)行監(jiān)控，掌握爐內(nèi)燃燒的情況，確?？刂屏虻霓D(zhuǎn)化率不低于70%，避免因欠燃燒或過(guò)燃燒影響爐內(nèi)硫的回收率，降低下游管道和設(shè)備的積碳、腐蝕及硫化氫泄漏的風(fēng)險(xiǎn)[3-5]。

火焰檢測(cè)系統(tǒng)幫助掌控克勞斯燃燒反應(yīng)爐內(nèi)燃燒狀況，同時(shí)對(duì)火焰故障現(xiàn)象參與聯(lián)鎖停爐。該廠采用的克勞斯反應(yīng)爐，主火焰檢測(cè)器為進(jìn)口的BFI7.0 型。由于技術(shù)保密，對(duì)技術(shù)掌握的不夠透徹，2013年以前主火焰檢測(cè)系統(tǒng)的故障率較高。

通過(guò)研究分析該火焰檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理、組成結(jié)構(gòu)、安裝維護(hù)要求，結(jié)合實(shí)際整改效果掌握了該系統(tǒng)的應(yīng)用規(guī)律，完善各項(xiàng)維護(hù)措施，提高可靠性。

1火檢系統(tǒng)主要組成及其工作原理

1.1主要組成

該火檢系統(tǒng)主要包括三部分： 火焰檢測(cè)器(BFI 7.0 型)、現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)放大處理器和工程師站安全儀表系統(tǒng)(SIS)監(jiān)視與聯(lián)鎖控制?，F(xiàn)場(chǎng)信號(hào)放大轉(zhuǎn)換處理后以繼電器信號(hào)的形式輸出到工程師站，先通過(guò)浪涌保護(hù)器，再連接到SIS，進(jìn)行人機(jī)畫面顯示并參與克勞斯?fàn)t的聯(lián)鎖控制。

1.2火焰檢測(cè)器的工作原理

基于火焰的燃燒是由無(wú)數(shù)個(gè)小爆炸形成的,火焰的任意兩點(diǎn)溫度會(huì)不斷地波動(dòng),火焰檢測(cè)器中安裝2個(gè)測(cè)溫元件,通過(guò)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)輻射強(qiáng)度的差異及變化趨勢(shì)，形成利用火焰的溫度之間的差異評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)火焰的方法進(jìn)行有無(wú)火焰的判斷，同時(shí)通過(guò)反平行安裝的有測(cè)溫元件的熱電堆(熱電堆儀用于檢測(cè)和測(cè)量熱輻射并產(chǎn)生熱電電流[10]，它包括一系列的熱電偶)檢測(cè)熱電勢(shì)并通過(guò)光電偶合器處理后遠(yuǎn)傳。

1.3信號(hào)放大處理器的邏輯關(guān)系

信號(hào)放大處理器接收掃描儀來(lái)的信號(hào)后通過(guò)靈敏度調(diào)整和時(shí)鐘同步，分三路進(jìn)行處理： 一路進(jìn)火焰評(píng)價(jià)通道，進(jìn)行火焰評(píng)價(jià)放大器輸出(RF)；一路進(jìn)脈沖監(jiān)測(cè)通道，產(chǎn)生開關(guān)量信號(hào)(RM)；一路進(jìn)模擬量檢測(cè)通道，產(chǎn)生4～20 mA的信號(hào)。RM和RF 兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行“與”運(yùn)算后激活繼電器輸出開關(guān)量信號(hào)，因而繼電器輸出信號(hào)比測(cè)量通道輸出信號(hào)的可靠性更高，該廠選擇繼電器的輸出信號(hào)傳至SIS。信號(hào)放大處理器的邏輯關(guān)系如圖1所示。

圖1　信號(hào)放大處理器邏輯關(guān)系示意

2影響火檢可靠性的原因分析

2011年該廠火焰檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)生故障數(shù)量為49臺(tái)次；2012年為45臺(tái)次，其中有8臺(tái)檢測(cè)掃描儀進(jìn)行了返廠維修，為了有效減少故障次數(shù)和發(fā)生頻率，通過(guò)成立質(zhì)量管理(QC)小組進(jìn)行原因分析。

對(duì)儀器、輔材、方法、環(huán)境等要素的末端因數(shù)進(jìn)行總結(jié)、討論，作為制訂對(duì)策的依據(jù)，引起火檢系統(tǒng)故障的主要原因包括：

1) 由于火焰檢測(cè)器和信號(hào)放大處理器不是一體的，系統(tǒng)本身對(duì)抗干擾能力要求較高。

2) 為了保證各種工況下克勞斯?fàn)t運(yùn)行的各個(gè)階段都能真實(shí)地輸出檢測(cè)信號(hào)，采用了能旋轉(zhuǎn)的球面閥蘭連接，并且克勞斯?fàn)t震動(dòng)較大，因而需要調(diào)整掃描儀的角度。

3) 維護(hù)安裝過(guò)程中污染視鏡。檢測(cè)儀不耐受高溫，需要通過(guò)隔熱連接件與視管相連，并需要通風(fēng)對(duì)視管進(jìn)行吹掃和降溫，這對(duì)通風(fēng)口的位置設(shè)置和通入的吹掃風(fēng)品質(zhì)提出了要求。

3火檢系統(tǒng)整改方案

1) 重新規(guī)范布線。連接掃描儀電纜重新穿鋼管保護(hù)以避免電纜受到輻射, 避免來(lái)自地面系統(tǒng)的電位差干擾，增加了火焰檢測(cè)器機(jī)殼外面的接地連接。

2) 規(guī)范信號(hào)電纜屏蔽接地?；鹧鏅z測(cè)器和信號(hào)放大處理器之間通過(guò)電纜連接，為了防止線芯或線對(duì)之間的內(nèi)干擾，可通過(guò)生產(chǎn)各對(duì)線芯與線芯的屏蔽即分屏，然后在各組屏蔽層之外再加一層屏蔽即總屏。外部屏蔽電纜要與隔欄規(guī)范連接，各分屏線之間也要作好隔離。

3) 消除視鏡污染。加強(qiáng)檢查吹掃風(fēng)的流量和透鏡系統(tǒng)的污染情況，保證對(duì)火焰檢測(cè)器進(jìn)行正確、連續(xù)的吹掃，建議10～15 m3/h，檢查吹掃風(fēng)的脫水情況，保證吹掃風(fēng)干凈、觀火通道潔凈無(wú)堵塞。

4火檢系統(tǒng)的防護(hù)措施

1) 避免火檢設(shè)備因焊接/點(diǎn)火等產(chǎn)生系統(tǒng)上的電位差。

2) 避免強(qiáng)烈的無(wú)線電信號(hào)接近掃描儀/電纜/放大器。

3) 避免火焰檢測(cè)器溫度上升到70℃以上。

4) 火焰檢測(cè)器絕熱連接件是四氟乙烯材質(zhì)件，施工維護(hù)時(shí)需小心作業(yè)，防止斷裂。

5) 確?；鹧鏅z測(cè)器信號(hào)線隔欄緊密安裝，防止外部氣體進(jìn)入火檢儀探頭防爆殼，另外接線箱也要完全密閉，防止環(huán)境氣體竄入，導(dǎo)致腐蝕。

6) 加強(qiáng)連接到SIS的浪涌檢查，及時(shí)更換發(fā)生故障的設(shè)備。

7) 通過(guò)對(duì)焦工具(或測(cè)量火焰檢測(cè)器的輸出模擬量信號(hào))對(duì)火焰檢測(cè)器進(jìn)行正確對(duì)焦。如果由于現(xiàn)場(chǎng)震動(dòng)或其他原因造成火檢信號(hào)不穩(wěn)定，要進(jìn)行重新對(duì)焦調(diào)整，并緊固旋轉(zhuǎn)接頭；現(xiàn)場(chǎng)要避免由于扭動(dòng)、受壓等造成火焰檢測(cè)器對(duì)焦不準(zhǔn)。

8) 加強(qiáng)維護(hù)人員的培訓(xùn)。

5系統(tǒng)參數(shù)調(diào)試的注意事項(xiàng)

1) 反應(yīng)爐主火嘴在烘爐初期，可根據(jù)火焰信號(hào)的穩(wěn)定情況將放大器上火檢的靈敏度調(diào)小至49(勿低于49)，以獲得穩(wěn)定的火檢信號(hào)。烘爐完畢準(zhǔn)備投入酸氣時(shí)，可視火焰信號(hào)的穩(wěn)定程度調(diào)高靈敏度，一般最后調(diào)到90。

2) 為了測(cè)試火焰檢測(cè)器和信號(hào)放大處理器對(duì)信號(hào)檢測(cè)效果所需的閃光，利用一個(gè)普通的輝光燈泡(兩個(gè)電極都發(fā)光)，或者利用晃動(dòng)的手電(非二極管光源)可以檢測(cè)火檢儀的功能。將閃光燈迅速地穿過(guò)透鏡系統(tǒng)的掃描儀，兩者的熱導(dǎo)體將測(cè)量溫度差，這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“火焰”信號(hào)放大器。

3) 掃描儀安裝固定調(diào)試要點(diǎn)。主火嘴的火檢信號(hào)可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)放大器的紅色光柱顯示來(lái)定位，對(duì)照主火檢變送器的光條柱，調(diào)探頭位置直到MA閥值指示燈保持“亮”狀態(tài)，光條柱滿格并且一直不波動(dòng)，注意結(jié)合調(diào)整靈敏度。調(diào)整好后固定好連接旋轉(zhuǎn)球閥。

4) 運(yùn)行過(guò)程中火焰檢測(cè)器出現(xiàn)間歇性沒(méi)有信號(hào)的情況，建議根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)低靈敏度，直到火焰檢測(cè)器上的放大器紅色的信號(hào)指示光柱出現(xiàn)跳動(dòng)即可。

6結(jié)束語(yǔ)

整改后該火檢系統(tǒng)使用效果良好，故障次數(shù)明顯減少。通過(guò)對(duì)火焰檢測(cè)器和信號(hào)放大處理器的結(jié)構(gòu)和工作原理的研究與掌握，總結(jié)如下幾點(diǎn)：

1) 嚴(yán)格執(zhí)行對(duì)連接火焰檢測(cè)器和信號(hào)放大處理器的電纜內(nèi)外兩層屏蔽層的正確接地、外屏蔽層在掃描儀側(cè)的單點(diǎn)接地及內(nèi)屏蔽層在信號(hào)處理器側(cè)單點(diǎn)接地，應(yīng)杜絕帶電狀態(tài)下兩點(diǎn)接地。

2) 根據(jù)不同的工況及時(shí)調(diào)整信號(hào)處理器的靈敏度，滿足不同工況下火焰的性能。

3) 采取正確的方法調(diào)整掃描儀的聚焦。

4) 采用干燥、清潔的氮?dú)饣騼x表氣源對(duì)火焰檢測(cè)器視管進(jìn)行吹掃，防止鏡片被污染以及堵塞球閥，確保鏡片清潔和干燥。

5) 建議使用FBI新產(chǎn)品，把放大器集成到火檢儀的探頭里，這樣火檢儀安全系數(shù)更高，繼電器直接輸出火焰/關(guān)閉信號(hào)和模擬信號(hào)，無(wú)電纜屏蔽要求，抗干擾能力更強(qiáng)。

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中圖分類號(hào)：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1007-7324(2015)02-0064-02

作者簡(jiǎn)介：吳關(guān)林(1968—)，男，1989年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院計(jì)算機(jī)專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于中原油田普光分公司天然氣凈化廠，從事過(guò)程控制系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)儀表的管理與維護(hù)，任工程師。

稿件收到日期： 2014-10-09，修改稿收到日期： 2015-01-22。