辛立坤

（天津大沽化工股份有限公司，天津300450）

按照應(yīng)急管理部制定的《淘汰落后危險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)工藝技術(shù)設(shè)備目錄（第一批）》之規(guī)定，未設(shè)置火焰監(jiān)測的燃?xì)饧訜釥t屬限制淘汰設(shè)備，需限期整改。本文討論火焰監(jiān)測在某箱式加熱爐中的應(yīng)用，加熱爐的整體結(jié)構(gòu)為兩個(gè)輻射室公用一個(gè)對(duì)流室和一根煙囪。每臺(tái)加熱爐輻射室內(nèi)有兩排立管，三排底燒燃燒器，每排6臺(tái)燃燒器，共18臺(tái)，兩個(gè)輻射室共36臺(tái)燃燒器。

目前國內(nèi)有多種形式的火焰監(jiān)測系統(tǒng)，主要有防爆耐高溫內(nèi)窺式監(jiān)視系統(tǒng)、紅/紫外線火焰檢測器、離子棒火焰檢測器（主要用于檢測長明燈火焰）對(duì)加熱爐燃燒器進(jìn)行火焰檢測。

熄火保護(hù)系統(tǒng)是火焰檢測系統(tǒng)檢測“有/無”信號(hào)，進(jìn)入DCS控制系統(tǒng)，及時(shí)向操作人員發(fā)出報(bào)警信息，操作人員或DCS控制系統(tǒng)可以根據(jù)報(bào)警信息迅速判斷熄火情況并及時(shí)切斷燃料，保證安全連鎖停車，避免爐膛燃料聚集而發(fā)生爆炸。加熱爐在正常運(yùn)轉(zhuǎn)而沒有火焰檢測的情況下，如果火焰熄滅，而操作人員不能及時(shí)切斷燃料輸送，未完全燃燒的燃料與空氣混合氣就會(huì)進(jìn)入爐膛內(nèi)部，當(dāng)未燃燒的燃料和空氣混合達(dá)到一定比例后，且爐膛內(nèi)部溫度較高的情況下，加熱爐內(nèi)部就會(huì)發(fā)生局部爆燃現(xiàn)象，嚴(yán)重的情況下會(huì)發(fā)生容器爆炸并對(duì)周圍操作人員、設(shè)備管道和環(huán)境造成傷害。

1 火焰監(jiān)測系統(tǒng)選型

1.1 防爆耐高溫內(nèi)窺式監(jiān)視系統(tǒng)

防爆耐高溫內(nèi)窺式監(jiān)視系統(tǒng)是一種監(jiān)視整個(gè)爐膛工況的彩色工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)且具有火焰熄滅報(bào)警功能[1]，操作人員利用該系統(tǒng)在DCS控制室可以通過相關(guān)指令對(duì)前端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，在線監(jiān)測爐膛內(nèi)的工作狀態(tài)，監(jiān)視火焰燃燒、霧化、燃燒器、保溫層、爐嘴結(jié)焦情況等。對(duì)視場內(nèi)火焰的燃燒狀況進(jìn)行計(jì)算處理，并能及時(shí)判別和發(fā)現(xiàn)火焰熄滅并及時(shí)報(bào)警，使得裝置避免安全事故發(fā)生。

系統(tǒng)由三個(gè)基本部分組成：前端探頭，數(shù)據(jù)傳輸，后端控制。前端部分，探頭部分通過傳動(dòng)裝置固定在爐壁開孔位置，通過風(fēng)冷等結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)，達(dá)到長時(shí)間可靠運(yùn)行，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)操作人員在監(jiān)控室實(shí)時(shí)掌握爐內(nèi)視頻圖像等情況，并可查詢歷史記錄信息，火焰熄滅報(bào)警和火災(zāi)報(bào)警。

產(chǎn)品后臺(tái)平臺(tái)軟件采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)面向服務(wù)的架構(gòu)，為網(wǎng)絡(luò)化軟件平臺(tái)。構(gòu)建集圖像顯示、火焰熄滅和起火報(bào)警分析、圖像和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理為一體的綜合管理平臺(tái)。系統(tǒng)管理平臺(tái)通過良好的分層結(jié)構(gòu)以及C/S架構(gòu)，有效的降低系統(tǒng)構(gòu)建的復(fù)雜度、提高分布式部署的靈活性，同時(shí)可提供統(tǒng)一的內(nèi)、外部接口服務(wù)，已便于擴(kuò)容和集中管理。

1.2 離子棒火焰檢測器

離子棒火焰探測器主要用于燃?xì)夤I(yè)燃燒器、加熱爐爐的火焰監(jiān)測。檢測性能可靠，可以排除積炭、布線分布電容的影響，只對(duì)火焰敏感，對(duì)高溫?zé)o反應(yīng)，具有強(qiáng)抗干擾性能。燃燒反應(yīng)過程存在離子反應(yīng)，由于火焰中存在在正負(fù)離子，電場施加于火焰時(shí)，外電路即可產(chǎn)生微弱的電流，且火焰離子電流具有明顯的單向?qū)щ娦?。離子棒火焰檢測器是利用火焰的單向?qū)щ娫矶兄瞥傻幕鹧鏅z測裝置，此裝置由傳感器和監(jiān)測器兩部分組成。傳感器是具有良好導(dǎo)電作用的電極，即火焰檢測電極。燃燒時(shí)，火焰產(chǎn)生流經(jīng)燃燒器接地回路的微弱的火焰離子電流，當(dāng)火焰檢測電極接觸到電流時(shí)，該信號(hào)經(jīng)監(jiān)測放大處理后，給出火焰指示，控制系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)發(fā)出相應(yīng)的指令，來實(shí)現(xiàn)燃料閥口的打開、關(guān)閉和報(bào)警功能。

1.3 紅/紫外線火焰檢測器

此火焰檢測器是應(yīng)用了固態(tài)火焰檢測傳感器的微處理器設(shè)備[2]，響應(yīng)紫外光譜為295~340nm波長。它設(shè)有一個(gè)可以自動(dòng)設(shè)定開/關(guān)的內(nèi)部繼電器，代替遠(yuǎn)程放大器或者火焰開/關(guān)。

火檢探頭檢測目標(biāo)火焰產(chǎn)生的調(diào)制振幅（即火焰閃爍特性），可檢測寬廣的頻率。這種通過檢測紫外線強(qiáng)度及“閃爍”頻率來將目標(biāo)火焰從背景火焰區(qū)別開的檢測原理被稱為動(dòng)態(tài)檢測原理。在探頭的程序設(shè)定中，目標(biāo)火焰的振幅將會(huì)與最佳的開/關(guān)值一起被自動(dòng)儲(chǔ)存。探頭具有全部自診斷和電子自檢功能。

在探頭本體上通過按鈕式鍵盤和LED顯示屏來形成操作界面。它能連續(xù)顯示火焰信號(hào)、火焰繼電器狀態(tài)、所選運(yùn)行模式下的探頭狀態(tài)?？梢栽趲酌雰?nèi)通過簡單的按鍵操作完成設(shè)定程序。另外對(duì)于遠(yuǎn)程界面控制，可輸出火焰開關(guān)信號(hào)、故障開關(guān)信號(hào)和4~20mA火焰強(qiáng)度信號(hào)。當(dāng)燃燒器全部燃燒或部分燃燒時(shí)，均有顯示燃燒ON信號(hào)，只有當(dāng)燃燒器全部滅掉時(shí)，顯示OFF信號(hào)。

2 選型對(duì)比

不同類型的火焰監(jiān)測有不同的技術(shù)特點(diǎn)、安裝數(shù)量要求、投資費(fèi)用等，表1就上述類型的火焰監(jiān)測類型進(jìn)行對(duì)比。

表1

3 總結(jié)

從技術(shù)特點(diǎn)看，三種方案都能滿足火焰監(jiān)測的要求，在開孔數(shù)量方面，防爆耐高溫內(nèi)窺式監(jiān)視系統(tǒng)占據(jù)較大優(yōu)勢，在投資費(fèi)用上，防爆耐高溫內(nèi)窺式監(jiān)視系統(tǒng)與墻外紅/紫外線火焰檢測器差別不大，離子棒、紅/紫外線組合監(jiān)測器費(fèi)用最高。通常來講，在用燃?xì)饧訜釥t存在著停車周期較短，開孔位置不易確定等不良因素。因此在改造的過程中，變更幅度越小，開孔位置越少，越有利于設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)安全性能得到有效保障。同時(shí)考量各種火焰檢測器在加熱爐上的應(yīng)用、使用效果、投資、可靠性等方面，防爆耐高溫內(nèi)窺式監(jiān)視系統(tǒng)最適用于此燃?xì)饧訜釥t。