热媒炉故障原因分析与应对措施

侯铁榜 ， 孙林军 ， 尹 军 ， 张建利 ， 赵宏岩 ， 宋旭东

(中国石化 中原油田分公司天然处理厂 ， 河南 濮阳 457162)

•生产与实践•

热媒炉故障原因分析与应对措施

侯铁榜 ， 孙林军 ， 尹 军 ， 张建利 ， 赵宏岩 ， 宋旭东

(中国石化 中原油田分公司天然处理厂 ， 河南 濮阳 457162)

针对热媒炉频繁停炉问题提出了调整控制阀、控制系统等应对措施，彻底解决了问题，确保了平稳运行。

热媒炉 ； 控制系统 ； 电动阀 ； 调节阀 ； 火焰检测器

0 引言

在石油化工生产中，越来越多地采用热媒炉对工艺介质加热。利用热媒加热，加热过程比较温和，不易结焦，易于实现温度控制。热媒炉是天然气处理装置的关键设备，其作用是将装置中的热载体进行加热，输送到重沸器、换热器为其提供生产中需要的热能，传递热能后温度降低再循环返回炉体继续加热，从而构成热循环体系。然而，热媒炉频繁出现突发性熄火，并且短时间内无法重新点炉的故障。这使得装置所需的热载体温度骤降，重沸器、换热器不能正常工作，严重制约了装置的正常生产。下面对某天然气处理站的热媒炉进行分析。

1 系统简介

热媒系统主要由导热媒炉、循环泵、阀组、控制柜、自动控制系统、燃烧系统、膨胀罐、储油罐、热媒炉本体、循环泵、阀组等部分组成(见图1)，燃烧器采用英国HAMWORTHY分体式工业燃气燃烧器，设有主副两种火焰检测器分别对主火焰和引燃火(副火)进行监视。主火焰则采用紫外线式检测器(QRB1)，副火检测采用一体化离子棒式火焰检测器。控制系统采用西门子S7-300 PLC。

图1 热媒炉组成示意图

工作原理：燃料通过燃烧器在炉膛内燃烧产生热量。热量通过炉管以对流和辐射的形式传热给导热油，导热油在循环泵的驱动下通过加热炉出口进入换热器管程内将走壳程的介质加热后回到循环泵，通过加热炉再吸收热量，如此周而复始，以导热油为热载体(或称热媒)实现热量的连续传递。

2 原因分析

该点火控制系统经常发生故障，包括正常运行时突发熄火、点不着、大风吹扫不结束、检测失误等。经调查和对图2点火流程示意图分析，发现存在以下几个主要问题：①燃气控制阀和助燃风控制阀均为电动阀，由于氧含量参与风门调整，助燃风和燃气有参与配比控制，因此需要频繁调节风量，而电动阀的控制进度有限，频繁动作造成电机发热，可靠性降低。同时，调节阀门无法进行线性控制，进而影响助燃风和燃气的配比稳定。②由于热媒炉经常停炉，频繁的点火过程使点火电极积炭结焦，隔绝与氧接触，燃烧产生积炭也堵塞点火器孔板和火嘴喷孔，使燃气无法正常供给，造成点火失败。拆检频繁造成点火枪安装时电极与炉壁间隙太小(小于2 mm)，电弧尚未形成就将能量释放，无法引燃气体；高压电极内部绝缘层绝缘系数下降导致能量提前释放，无法在尖端拉弧。③原控制系统为手动继电器控制与PLC控制相结合，因此，接线较为复杂，特别是继电器上接线混乱，同一组节点上并联几组线，造成硬接点故障频发，并且查找问题困难。

3 应对措施

措施目标是将控制线路简化，取消繁复多余的部分，增加检测仪表，提高控制阀的控制精度，消除随机故障发生的因素。

①整理控制方案，重新设计盘间布局和接线，明确职能。完全由程控器完成判断，继电器仅实现系统与现场、电气的隔离。取消机柜内的多余的继电器、架装二次表、复杂的接线、机柜上按钮、开关，彻底减少硬连接故障点。

②点火及检测方面，燃烧器内增加一个检测光谱范围较广的紫外线火焰检测器(西门子QRB1)，配合原主火焰监测器同时工作，程序中增加或门的“二选一”的逻辑判断(当QRB1 1和QRB1 2火焰检测器其中一个或同时检测到火焰信号均发出点火成功信号)，保证主火焰检测信号的真实性。同时把紫外线火焰检测器输出4～20 mA模拟量引至二次表作为火焰强度的指示。在副火燃气管线上，采用GHBH7D536吸风型高压风机建立反吹风设备，用来将燃气喷孔里的锈渣和杂物吹出，避免燃气喷孔堵塞，对下次点火带来麻烦。

③将交流220VAC燃气电动阀和助燃风电动阀更换为直流4～20 mA汽缸调节阀，并将助燃风调节阀阀位输出的4～20 mA信号通过安全栅连接到DCS卡件上从而实现阀位显示，大大提高燃气的控制精度。

4 措施效果

在实施后几个月的运行过程中，为了更好地观察改造效果和了解热媒炉的工作情况以及控制系统的特性，做了仔细调查。以下几个方面效果较明显：①自动控制能力得到了进一步强化。助燃气控制阀和助燃风控制阀有电动阀改为气动调节阀，提高了控制精度和操作维护的简洁性。同时风流量跟踪主燃气阀门开度，根据燃气配比来调整给定比值，作为操作人员点火参考。②点火流程更为可靠。该火焰检测器由二次表以及传感器组成，传感器能够敏感炉内产生的紫外线。在点火过程中，只要检测到主火焰燃烧，程序继续执行。炉子的燃气阀位供给与回讯作了差值计算，若该值过大，程序则不继续执行，从而避免了因阀位不准造成泄漏。

5 效益及结束语

经过3个月的运行，热媒炉的稳定燃烧天数占运行天数的95%，比同期增长了10%，创造了150余万元的经济效益。控制技术的不断进步，工业制造的不断成熟，必将使热媒炉的工艺运行趋于完善。在一次次处理热媒炉故障的过程中，不断分析研究，总结经验，采取及时有效的措施，改进控制方案和控制系统，确保装置的安全、平稳、长期运行。

图2 点火流程示意图

2015-04-25

侯铁榜(1973-)，男，工程师，从事天然气处理及电气管理工作，电话：13700803653。

TQ050.2，TQ050.7

B

1003-3467(2015)09-0032-03