王辉，时宇环，周晓龙，杨春

(中石油华东设计院有限公司，山东 青岛 266071)

在中国炼油装置中，加热炉的启动一般在现场采用手动操作，在燃烧器未点着或者点着随后熄灭的情况下，现场操作人员需要立即关闭燃料阀门，然后采取吹扫措施后重新进行点火。然而，由于人员操作和指挥的不确定性，在操作过程中容易导致加热炉内可燃气浓度超过爆炸下限，容易造成闪爆，因此采用燃烧器管理系统(BMS)来管理加热炉燃烧过程中的各项操作，对于安全生产至关重要。在北美和欧洲地区，NFPA85，NFPA86和NFPA 87规范被广泛应用，这些规范明确了锅炉、加热炉和液体加热器的BMS硬件要求和软件功能。

1 燃烧器管理系统简介

BMS主要在加热炉启动、停止和正常运行等各种工况下，连续监测燃烧系统的各项参数，为操作人员提供必要的协助，防止误操作和损坏燃烧设备，减少隐患和减轻操作人员的劳动强度，可靠启动和中断向加热炉的不安全燃料供给，在事故工况下按照安全顺序自动操作，避免燃料和空气在炉膛内积聚，防止加热炉出现事故，保障加热炉的安全运行。

2 BMS功能设计

BMS要求在加热炉启动至停止的整个过程中起作用，因此BMS应满足在启动、运行、紧急状况等过程的控制和管理，应具有以下功能：

1)燃料阀泄漏测试。加热炉点火前应该完成燃料系统的泄漏测试。泄漏检测程序检验燃料系统根部隔离阀、紧急切断阀及放空阀是否关断严密，防止燃料在吹扫过程中进入炉膛内，同时确保在联锁动作后燃料不会泄漏至炉膛。如果泄漏检测不满足要求，将不允许继续下一步操作，待阀门修复严密后重新进行泄漏检测。

2)炉膛吹扫。当泄漏测试完成后，应进行炉膛吹扫。吹扫的目的是为了清除积聚在炉膛内的可燃气，防止可燃气在点火过程中出现闪爆危险。根据NFPA规定，一次吹扫周期至少采用系统体积4倍的新鲜空气或惰性气体进行吹扫。

3)点火控制。点火过程中，BMS检测并确认加热炉的点火条件，指导操作人员按照预设程序完成点火操作。同时实时检测工艺过程参数，在危险情况下紧急切除燃烧器。

4)过程监测与联锁。在加热炉运行中，监测各项重要运行参数，当参数出现异常时，联锁切断燃料，停止加热炉运行。

3 燃烧器管理系统结构

该项目包含： 常压蒸馏装置、连续重整装置、催化裂化装置和硫磺回收装置。装置内加热炉、反应炉等均要求具备燃烧器管理功能。根据NFPA要求，BMS应选用符合燃烧安全应用的PLC，当PLC不能表明可用于燃烧安全场合时，其控制器及其部件应符合IEC 61508 SIL2及更高认证。该项目BMS硬件采用TRICON控制器及部件，满足IEC 61508 SIL3认证，并通过TÜV AK6认证。

该项目采用中心控制室和现场机柜室模式，各装置现场机柜室距离中心控制室约400～800 m。系统控制机柜布置在现场机柜室，机柜内安装控制器及卡件，辅助操作台和工程师站布置在中心控制室。辅助操作台与控制机柜之间采用硬接线连接。该项目BMS不设置显示站，通过RS-485 Modbus通信协议与分散控制系统(DCS)通信，在DCS上监测BMS的运行状态。同时在DCS执行部分操作，例如远程启动鼓风机、控制燃料压力等。

BMS设置现场就地控制盘，就地控制盘上布置加热炉复位按钮、长明灯泄漏测试按钮、主燃料泄漏测试按钮、吹扫按钮、长明灯启动按钮、主燃料启动按钮、紧急停车按钮、长明灯指示灯、泄漏检测失败指示灯、吹扫进行指示灯、吹扫完成指示灯、燃料压力低低指示灯等。该项目BMS基本构架如图1所示。

图1 燃烧器管理系统基本构架示意

4 燃烧器管理系统逻辑设计

一般加热炉燃料和空气预热系统工艺流程如图2所示。燃料系统包括： 长明灯紧急切断阀和放空阀、主燃料气紧急切断阀和放空阀、调节系统、压力变送器、火焰检测器等，空气预热系统包括： 鼓风机、引风机、空气-烟气预热器、空气挡板和烟气挡板等。

BMS逻辑程序包括： 燃料泄漏测试程序；加热炉吹扫程序；长明灯点火程序；主燃料气点火程序；紧急停车程序。

张沪寅(通信作者) 男，1962年生于江苏苏州，教授、博士、博士生导师，主要研究方向为网络QoS、计算机网络、新一代互联网体系结构.

4.1 燃料泄漏测试程序

4.1.1允许泄漏检测

当执行泄漏检测程序前，需要确认满足以下条件： 长明灯离子棒检测器无信号，燃料气第1道和第2道紧急切断阀XV-01，XV-02关闭，自动放空阀XV-03打开，主燃料气切断阀XV-04和XV-05关闭，自动放空阀XV-06打开，引风机和鼓风机未处于联锁模式，烟道挡板HV-04全开，空气预热系统切除，HV-01，HV-02，HV-05和HV-06全关，旁通空气挡板HV-03全开。

图2 加热炉燃料和空气预热系统流程示意

当上述状态确认后，“准备长明灯泄漏测试”指示灯HZL-10和“准备主燃料气泄漏测试” 指示灯HZL-13亮，操作员可以执行下一步长明灯和主燃料气泄漏检测程序。

4.1.2长明灯燃料气泄漏检测

长明灯燃料气泄漏检测步骤包括： 手动隔离阀密封性检测，XV-01，XV-02，XV-03密封性检测，流程如图3所示。

当泄漏检测成功时， “长明灯泄漏检测完成”指示灯HZL-11停止闪烁并保持常亮。如果泄漏检测失败，HZL-11熄灭，同时，“长明灯泄漏检测失败”指示灯HZL-12开始闪烁。

4.1.3主燃料气泄漏检测

为节省启动时间，主燃料气泄漏检测和长明灯泄漏检测可同时进行。主燃料气泄漏检测步骤包括： 手动隔离阀密封性检测；自动放空阀XV-06密封性检测；XV-01，XV-02密封性检测。每步执行程序与长明灯泄漏检测程序一致。

当泄漏检测成功时，“主燃料气泄漏检测完成”指示灯HZL-14停止闪烁并保持常亮。如果泄漏检测失败，HZL-14熄灭，“主燃料气泄漏检测失败”指示灯HZL-15开始闪烁。

4.2 加热炉吹扫程序

如果上述泄漏检测程序完成，“加热炉准备启动”指示灯亮。此时操作员从DCS操作站上开启1台鼓风机，当空气流量高于预先设定的最低吹扫流量值时，操作员按下现场就地控制盘“吹扫”按钮HZS-02，BMS执行下列动作：

1)触发吹扫计时器，启动加热炉吹扫程序。在一次吹扫周期内，至少保证系统体积4倍的新鲜空气通过加热炉炉膛。

2)吹扫过程中，如果空气流量持续15 s低于流量阈值或烟道挡板HV-04开回讯信号丢失15 s，BMS停止吹扫程序，就地控制盘“吹扫失败”指示灯亮，同时重置吹扫计时器。在吹扫计时过程中空气流量和烟道挡板开回讯信号均正常，计时结束后“吹扫完成”指示灯亮，同时“长明灯泄漏检测完成”指示灯和“主燃料气泄漏检测完成”指示灯熄灭。

4.3 长明灯点火程序

在执行长明灯点火程序前，需要确认满足以下条件： 吹扫完成，烟道挡板HV-04全开，XV-01和XV-02全关，XV-03全开，XV-04和XV-05全关，XV-06全开，至少1台鼓风机运行。

当所有条件满足时，就地盘 “准备启动长明灯”指示灯闪烁，操作员可以按下“长明灯启动”按钮，BMS执行下列动作： 关闭长明灯XV-03，并确认阀位正确；打开长明灯紧急切断阀，并确认阀位正确；确保长明灯燃料气压力PZT-01高于低低联锁值。当收到相关反馈信号后，“准备启动长明灯”指示灯常亮。操作员可采用便携式点火器逐台点燃长明灯。同时通过火焰检测器检测火焰，如点燃，则点亮就地盘上对应的“长明灯火焰”指示灯。

当点燃第1台长明灯开始，操作员有15 min的点火时间，否则将联锁停车，同时启动新的启动逻辑。一般来说,点燃50%以上的长明灯，则认为点火成功，推荐按照点火程序点燃所有长明灯。

图3 长明灯燃料气泄漏检测流程示意

4.4 主燃料气点火程序

当执行主燃料气点火程序前，需要确认满足以下条件： 50%以上长明灯点亮，XV-04和XV-05关闭，XV-06打开，所有主燃料气手动隔离阀关闭，至少1台鼓风机运行。

以上条件满足，就地控制盘“准备启动主燃料气”指示灯闪烁。操作员可以按下“主燃料气启动”按钮，BMS执行下列动作： 关闭自动放空阀，并确认阀位正确；打开主燃料气切断阀，并确认阀位正确；确保主燃料气压力PZT-02高于低低联锁值。

上述条件满足，就地控制盘“准备启动主燃烧器”指示灯HZL-06B常亮。操作员可以逐台点燃主火嘴，首先确认相关的长明灯点燃，然后打开手动隔离阀，立刻观察主火嘴状态。如果主火嘴未点燃，操作员应立刻关闭主火嘴手动阀，并检查原因及修复，然后重新点燃主火嘴或继续点燃其他主火嘴。

4.5 紧急停车程序

紧急停车程序主要包括长明灯系统联锁和主燃料气系统联锁，目前该部分联锁设计已经非常完善，不再详细说明。值得一提的是，在BMS设计中，吹扫、点火等程序要求受制于紧急停车程序，无论加热炉处于何阶段，BMS均能监控过程参数并提供安全保护。

5 结束语

从实际应用效果来看，采用可靠的BMS对加热炉在启动、停车过程中的管理，保证了开工过程中的安全，在很大程度上减轻了操作人员的工作强度。近几年国内炼油行业发展迅速，炼油装置的加热炉流程已经非常完善，但目前国内规范对加热炉的燃烧器管理功能没有详细要求，工程公司一般也不做逻辑设计，导致绝大部分加热炉采用现场人工实现点火。通过对比国外炼油装置BMS设计，国内加热炉在硬件上基本满足实施BMS的条件，在现有基础上通过软件升级，即可实现加热炉管理的自动化和规范化，从而保证加热炉的安全。