廢酸再生裝置焚燒爐順序控制及聯鎖方案的探討

王 晨，陳 虹，薛守玲，董愛娜

（中石油華東設計院有限公司，山東 青島 266071）

烷基化裝置運行一段時間后，濃硫酸催化劑的濃度會下降，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行效率，減少廢酸的產生。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的廢酸經噴頭噴入焚燒爐燃燒，同時上游裝置產生的酸性氣也送入焚燒爐內燃燒。廢酸及酸性氣等介質在焚燒爐內高溫環境下發生裂解及氧化反應。焚燒爐的助燃風來自大氣，經過風機增壓，并經空氣預熱器預熱后分為兩路，其中一路為焚燒爐助燃風，另一路為反應器內的催化轉化反應的氧氣（O2）來源。焚燒爐燃燒后的工藝氣經過換熱過濾，將其中的雜質過濾掉。過濾后的工藝氣經換熱器冷卻降溫，進入到反應器中，反應后的工藝氣經換熱器繼續降溫冷卻，在冷凝器內冷凝成酸。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催化劑。尾氣繼續經過反應器處理，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

焚燒爐內主要化學反應式如下：

2 焚燒爐順序控制方案

為提高焚燒爐的自動化程度，避免裝置在開、停工和生產操作過程中可能出現事故，本裝置根據工藝操作過程，將焚燒爐的吹掃、點火、投酸等過程設計為自動控制。同時為提高裝置的自動化控制程度，廢酸再生裝置設計了停工狀態、開工狀態和投酸狀態3 種狀態。停工狀態是指裝置處于停工或開車前，此時整個裝置處于安全狀態；開工狀態包含裝置開始點火至投酸前，各個閥門、機泵、風機或開或關的狀態；投酸狀態，指的是達到投用廢酸或酸性氣條件裝置投用廢酸或酸性氣時，各個閥門、機泵、風機或開或關的狀態。每一種狀態下均對相關閥門、機泵、風機等狀態提出不同要求，只有先滿足相應的模式條件，才能順利執行順控程序。具體順控方案如下：

圖2 長明燈點火順控Fig.2 Pilot burner sequence control

2.1 點火前條件確認

在裝置點火前，需確認裝置處于停工狀態、相應閥門及機泵處于安全位置，控制室緊急停車按鈕無動作、就地緊急停車按鈕無動作。確認完畢后，進入開工狀態，方可允許啟動主燃料氣投用前吹掃爐膛順控程序。

2.2 爐膛吹掃順控

進入開工狀態后，首先需要人工開啟鼓風機，否則不能啟動焚燒爐吹掃順控程序。之后點擊主燃料氣投入前吹掃程序按鈕，進入到焚燒爐吹掃順控程序，同時只有所有閥門的開狀態信號檢測到，才能執行下一步順控程序，詳細順控步驟如圖1 所示。當吹掃完成后，開始計時，10min內未點燃長明燈，則不允許開工。如果繼續開工，則需要重新吹掃。

2.3 長明燈點火順控

長明燈點火前，必須首先確認爐膛已經吹掃完畢，并且已經開始計時。考慮到爐溫高于750℃或者主火嘴有火焰時，長明燈也可能因意外熄滅，此時不需要重新吹掃爐膛。因此，當爐溫高于750℃或者主火嘴有火焰時，也可以進入點燃長明燈順控程序。當人工按下操作站上長明燈點火順控軟按鈕時，現場點火器得電，并打開長明燈緊急切斷閥。火焰檢測器檢驗到火焰，長明燈點火成功，現場顯示畫面變綠，表示點火成功。否則現場畫面變紅，同時關閉長明燈燃料氣閥，詳細順控步驟如圖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試順控Fig.4 Main burner emergency valve leakage test sequence control

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

2.4 主燃料氣閥門泄漏量測試順控

長明燈點火成功后，進行主燃料氣閥門泄漏量測試。切斷閥XV-01 及XV-02，用于主燃料氣的緊急切斷。PT-01 測量XV-01 之前的燃料氣壓力，PT-02 測量XV-01及XV-02 之間的壓力，PT-03 測量XV-02 后壓力，流程示意如圖3 所示（詳細的順控過程如圖4 所示）。通過不斷開關緊急切斷閥，并判斷壓力變化情況，來確定閥門是否有泄漏，如果閥門有泄漏，則不能繼續開工。

2.5 主燃料氣自動投用順控

長明燈點火成功且主燃料氣閥門泄漏測試順控通過后，主火嘴方可點火，如圖5 所示。當按下點火按鈕后，主燃料氣緊急切斷閥XV-01、XV-02 打開。當主燃料氣火焰檢測器檢驗到火焰，主火嘴點火成功，現場按鈕顯示畫面，表示點火成功。否則現場顯示畫面變紅，同時關閉主燃料氣切斷閥。

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

2.6 廢酸自動投用順控

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

當爐溫達到1000℃以上時，具備投入廢酸條件，進入投酸狀態，可以投入廢酸。此時點擊投酸按鈕，進入順控程序，如圖6 所示。

2.7 酸性氣自動投用順控

當爐溫達到1000℃以上時，具備投入廢酸氣條件，進入投酸狀態，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實際工況進行確定，并且酸性氣在投用前也需進行閥門泄漏測試，其過程與主燃料氣閥門泄漏測試過程基本相同，不再贅述。

3 焚燒爐聯鎖控制方案

在正常運行的焚燒爐中，有烴類、廢酸、二氧化碳（CO2）等介質，為防止裝置在開、停工和生產操作過程中出現重大的事故，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。廢酸裝置焚燒爐主要聯鎖如下：

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

2）長明燈及主燃料氣緊急切斷聯鎖。長明燈及主燃料氣緊急切斷聯鎖是為了保證當緊急停爐或工況不正常時，通過切斷可燃性氣體進入爐膛內，避免高溫煙氣反串，并保證焚燒爐本身或后續流程不會發生超溫、爆炸等事故。

3）酸性氣緊急切斷聯鎖。酸性氣緊急切斷聯鎖是當緊急停爐事故時，通過關閉酸性氣氣管線聯鎖切斷閥，避免高溫煙氣反串、酸性氣處理不完全，造成尾氣超標、設備腐蝕、人員中毒等事故。

4）廢酸緊急切斷。廢酸緊急切斷聯鎖時，為了保證事故工況時，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、腐蝕設備、人員中毒等事故，保證裝置安全。

4 結束語

廢酸再生裝置焚燒爐的安全控制是廢酸再生裝置平穩運行的關鍵。通過為焚燒爐設計自動點火、投料順控以及安全聯鎖保護，能夠有效防止操作人員誤操作，減少操作人員的勞動強度，提高廢酸再生裝置焚燒爐的自控水平。