目前运行多年的化工、炼油等企业由于技术条件的限制在建设之初大都采用高架火炬来处理生产中产生的尾气。随着社会对产品需求的增加, 很多企业对各自的产能进行升级, 由于产能的增加高架火炬的污染排放更是成倍增长, 同时高架火炬带来的噪声污染和光污染对周边的居民生活产生不利影响。随着国家对环境保护的要求越来越高, 以及各化工企业环保意识的增强, 目前新建的项目大都摒弃了排放不达标的高架火炬, 采用更加环保的地面火炬。同时对运行中排放不达标的火炬、燃烧器等设备进行技术升级。火炬是化工企业安全生产的最后一道屏障, 当生产出现异常, 运行设备中的大量有毒有害、易燃易爆的原料、中间体及产品等通过系统安全联锁会排放至火炬处理, 经燃烧变成CO2排放至大气。在此过程中, 长明灯起着关键作用, 对火炬的性能产生重要影响。长明灯的作用是将工艺装置排放至火炬的火炬气引燃, 确保将有毒有害气体燃烧转化为CO2、水等无害物质排放至大气环境。长明灯的状态监测对长明灯的性能有重要影响。笔者在此介绍长明灯的状态监测方法和可伸缩热电偶在长明灯监测中的应用。

地面火炬的长明灯安装在占地面积巨大的火炬围栏内部, 在火炬系统运行过程中, 围栏内部全封闭运行, 严禁人员进入围栏。长明灯运行要求能够经受天气环境的剧烈变化, 无论是大风还是大雨都能够长期保持明火, 稳定运行。一旦长明灯熄灭需要立刻重新点燃, 以确保当有害气体排放至火炬时能够被点燃, 从而变成无害的CO2排放至大气, 因此长明灯状态监测对其运行非常重要。

目前行业中对长明灯在地面火炬中的监测手段有两种:一种是利用火焰监测器直接监测长明灯的火焰来判断长明灯的运行状态;另一种是通过热电偶监测长明灯的温度, 间接监测长明灯的运行状态。

火焰监测器的应用特点有:

a.火焰监测器需要安装在靠近火焰的位置, 对于是否有火焰应反应灵敏迅速。长明灯的位置紧靠火炬头, 温度比较高, 环境条件差, 而火焰监测器属于精密仪表, 这种环境不利于长期运行。

b.火焰监测器的监测镜头需要正对长明灯的火焰中心, 但由于天气条件的影响, 有大风时火焰位置会偏离, 监测信号时有时无, 使系统难以判断长明灯的状态。

c.当火炬有大排放时, 火焰监测器不能识别是火炬的火焰还是长明灯的火焰, 容易对监测结果造成影响。

d.由于长明灯安装位置的限制, 当火焰监测器故障时维修人员无法干预, 只能等工厂大修时进入火炬围栏进行维修, 这样的结果是一旦火焰监测器故障, 对应的长明灯的状态监测将处于失控状态。

e.火焰监测器的价格比较高, 在苛刻环境下故障率较高, 造成运行成本增加。

尽管火焰监测器反应灵敏, 信号实时更新迅速, 但是监测手段存在上述诸多不足, 应用受到局限。

热电偶与火焰监测器相比, 对于火焰的状态变化反应较慢, 实时性方面比较差, 但是热电偶监测长明灯火焰具有更多的优点:

a.热电偶对自身的运行环境没有太苛刻的要求, 能够长期适应火炬的运行环境;

b.热电偶的工作端安装在火焰中心位置, 只要长明灯处于燃烧状态就能监测到其运行状况, 不受自然环境影响;

c.由于热电偶监测的是温度, 不受主火炬火焰的影响, 不会造成监测假象和偏差;

d.当热电偶出现故障时, 特殊设计的安装导轨可以实现在线回收与更换, 可以保持对长明灯不间断监测;

e.热电偶价格比较低, 经济实用。

鉴于以上优点, 热电偶在火炬长明灯状态监测中得到的应用更广泛。

地面火炬的结构是:由火炬气的排放总管引出多个排放支管沿水平方向进入巨大的矩形火炬围栏, 围栏内的火炬支管垂直向上引出火炬头, 沿着排放支管延伸的方向上装有多个火炬头, 第1个火炬头处装有长明灯。长明灯负责将排放至火炬的火炬气引燃, 从而使火炬气在火炬围栏内安静地燃烧, 不会造成噪声和光污染。同时由于多个火炬头的分散分布使火炬气燃烧更加充分, 从而最大限度地减少大气污染。

长明灯安装在火炬围栏内, 在火炬运行过程中, 出于安全考虑严格禁止人员进入围栏工作。当长明灯在围栏内熄灭或者热电偶运行出现故障时, 及时恢复长明灯的功能是保证火炬安全运行的关键。而长明灯是通过热电偶监测其运行状态, 这样一来热电偶又成为长明灯运行的关键。当热电偶运行故障时, 能够及时维修成为重中之重。热电偶的更换需要在火炬运行时, 维修人员不进入火炬围栏的前提下完成。这就要求热电偶的设计在满足火炬在线运行的前提下能够实现安装与回收功能。

由于长明灯的位置距离火炬围栏比较远, 要想在围栏外把热电偶的工作端装到长明灯的火焰处, 需要为热电偶提供穿行用的导轨, 如图1所示, 导轨固定安装在槽盒内部, 槽盒的作用是保护安装导轨, 使导轨保持水平且不会使导轨在长距离产生弯曲。

由于热电偶的冷端与热端距离较远, 致使热电偶本身比较长, 一般长度为30m, 最长可达80m, 需要将它卷起成盘运输和存放, 安装使用时需要专用设备矫直。长明灯热电偶的安装需要使它在固定导轨内穿行, 该作业仅靠人力无法完成, 需要电动穿行设备矫直并直接送入导轨。

矫直机正向工作时, 把热电偶拉直并送入轨道, 一直送到导轨终端 (长明灯火焰位置处) 以实现在线安装功能;热电偶故障需要更换时, 矫直机反向工作, 把热电偶由轨道内拉出, 实现在线回收。

热电偶导轨的终端在长明灯火焰处, 当热电偶穿行至导轨终端时由于机械阻力停止穿行。此时热电偶的工作端刚好在火焰处, 通过测量火焰的温度来判断长明灯的运行状态。正常运行时长明灯的温度一般在700℃左右, 如果温度降至200℃以下, 则可判断长明灯已经熄灭, 点火系统通过逻辑判断, 自动把长明灯再次点燃。图2为长明灯、热电偶末端导轨以及火炬头的位置示意图。

当热电偶故障需要更换时, 在火炬围栏外侧只需使电动矫直机反向运行便可将热电偶从导轨内抽出, 无需维修人员进入火炬围栏内作业。

通过对长明灯状态监测方法的分析和研究, 可以发现用热电偶来实现长明灯的状态监测相比较火焰监测器在技术上和经济上都有更大优势。因此, 热电偶在长明灯的状态监测上应用更加广泛。