基于甲醇炉燃烧管理系统吹扫泄漏测试的安全设计研究

袁历周玉刚汪文博

浙江中控技术股份有限公司浙江杭州310052

摘要：甲醇占据现代化工工业生产的重要地位，甲醇炉燃烧器管理系统（简称BMS)是甲醇生产最重要的系统，其中吹扫泄漏测试是该系统最基本的一环，这一环节直接关系到燃烧器点火过程中的安全。本文主要阐述的是基于甲醇炉燃烧管理系统吹扫泄漏测试的安全设计研究。

关键词：BMS吹扫泄漏测试安全设计

Abstract:Thedesignofburnermanagementsystem(BMS)withdifferentcombustionmediaisalsoquitedifferent.ThepurgeandleaktestisthemostbasicdesignofallkindsofBMS,andthislinkisdirectlyrelatedtothesafetyoftheburnerduringignition.Thispapermainlydescribesthesafetydesignresearchoftheblowerleakagetestbasedonthe1million200thousandtonnaturalgasmethanolprojectBMSinIran

Keywords:BMSPURGEANDLEAKTESTSAFTEYDESIGN

一、引言

甲醇是重要的有机化工产品，它是重要有机化工原料和优质燃料。主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。目前国际上生产甲醇的主要原料是煤和天然气，甲醇生产工艺技术主要有DAVY甲醇技术、Lurgi甲醇技术、TOPSOE的甲醇技术、TEC甲醇技术、三菱甲醇技术、伍德公司甲醇技术、林德公司甲醇技术，国内生产甲醇的工艺技术主要有单产甲醇和联产甲醇。

不管采用何种工艺，在甲醇生产中其安全生产的核心在于甲醇合成塔的燃烧管理系统（BMS）.燃烧器管理系统BMS是指在锅炉启动、停止和正常运行等各种工况下，连续监视与燃烧系统相关的各种参数和状态，提供灵活可靠的控制操作，在事故工况下按照安全的顺序自动操作，中断向锅炉供给燃料，避免燃料和空气在炉膛内积累，以防范锅炉爆炸等事故的发生，保障锅炉的安全运行。在BMS中不同的工艺其控制也有所不同，随着对安全生产的需求变化，炉膛的吹扫泄漏测试，也已作为燃烧管理系统的一个重要部分。

本文将以浙江中控技术股份有限公司承接的一个以TOPSOE天然气制甲醇项目展开，对TOPSOE天然气制甲醇技术中甲醇炉燃烧管理系统吹扫泄漏测试的安全设计研究。

工艺简介

TOPSOE天然气制甲醇工艺是以天然气作原料，通过净化炉净化天然气，减少含硫量，再经过压缩送入合成工段，通过蒸汽转化法进行多段反应转化成甲醇，而天然气制甲醇的反应是吸热反应必须从外部供热以保持所需要的转化温度，TOPSOE工艺是在甲醇塔的甲醇炉中进行燃料气燃烧获得转化温度的。TOPSOE工艺上甲醇塔燃烧管理系统的泄漏吹扫测试控制方案如下。

1、根据TOPSOE工艺方案，鼓风机建立100000NM3/H的风压，同时装置总停车联锁IS-1触发，无充压失败和无泄压失败的情况下自动开启吹扫，吹扫计时开始；

2、在吹扫计时内，进行泄漏测试。泄漏测试第一步进行燃气管线燃气充压，充压过程中每分钟检测一次压力变化，如果未满足每分钟增加大于或等于0.25barg则充压失败，在充压达到1barg,时充压结束；

3、进入充压保持阶段，计时720s，在这期间检测压力不低于0.9barg则认为不会泄漏，计时结束，进入泄压阶段。

4、在本工艺包内泄压过程通过操作员操作手阀进行泄压，压力低于0.1barg时泄漏测试结束。

5、在泄漏测试整个环节中必须保证处于吹扫时间内。

上位机画面解析

图四、HMI图示

条件一IS-1联锁（装置大联锁类似于MFT）HMI指示为绿,重置计时器；

条件二助燃空气流量大于100000Nm3/h画面指示为绿；

条件三无充压失败信号,无泄漏检测失败信号;

上述三条件具备后，自动进入吹扫,并开始吹扫计时。

在自动吹扫计时开始170s内按下HS-2550泄漏测试按钮，进入泄漏测试程序，如果超过170s按下HS-2550将重新进行吹扫计时并同时进入泄漏测试程序；

泄漏程序第一步：充压，在充压开始时先关闭USV-2549进炉膛燃料管线放空阀，然后打开USV-2547/USV-2548（进炉膛燃气管线切断阀）;充压阶段开始按每分钟检测一次压力值，保证每次检测值都大于或等于预设值（HMI表格），如果未达到则发出充压失败，重置吹扫时间和泄漏测试，先关闭USV-2547/USV-2548后打开USV-2549放空阀；等管道内压力到达1Barg压力时充压结束，充压完成指示灯亮先关闭USV-2547/USV-2548后打开USV-2549放空阀。

泄漏程序第二阶段：保压阶段，在该阶段按720s的时间进行检测，在计时内出现压力低于0.9Barg时发出泄漏失败信号，重置吹扫时间和泄漏程序；反之则进入泄压阶段。

泄漏程序第二阶段：泄压阶段，在TOPSOE工艺设计中，该泄压过程通过操作员操作手动阀门排压到0.1Barg.

在泄漏程序三个阶段完成后吹扫计时未停止则发出测试成功绿灯指示。（泄漏程序三个阶段中吹扫计时停止都将导致程序重置，风压低于100000Nm3/h也是会导致程序重置）。

完成吹扫泄漏测试后在该项目中炉膛点火工作，是通过人工火把点火，无相关逻辑控制

方案剖析

在TOPSOE天然气制甲醇BMS吹扫泄露测试方案中，存在一些隐患环节：

该方案中泄漏测试使用的是燃气测试，如果管道真存在泄漏，其危险性很高。

充压阶段开关阀门时，只有开关阀门的命令，无反馈信号，易存在，发出了开阀命令，阀门故障未正常动作，其中USV-2049阀门故障未关闭的情况下，将导致燃料大量排空。

充压结束或失败阶段，只有开关阀门的命令，无反馈信号，易存在，发出了开阀命令，阀门故障未正常动作。USV-2048阀门未关闭时，会存在保压失败泄漏测试失败的误判，实际原因却是阀门故障。

泄压阶段，人工操作阀门排压的方案，容易因人员未及时响应导致未在吹扫时间内完成泄压操作，以致失败而无法复位大装置系统，进行正常生产。

整个吹扫的启动时先人工启动风机进行吹扫，未加入装置停车自动启动风机，启动吹扫的程序，无法保证炉膛停炉过程的迅速清空炉膛内的燃气，安全性不够高。

整个吹扫方案中其中自动吹扫和启动泄漏测试超时自动重置吹扫时间的程序，极大的提高了系统程序自动化程度，减少了人员干扰。

安全设计研究

方案设计研究分析

泄漏测试的同时，要求处于吹扫过程，目的是避免因为泄漏到炉膛无吹扫而造成爆炸。

泄漏测试通过两种途径进行：充压过程检测充压速率是否正常；保证管道一定压力的情况下保持一定的时间进行检测。

3、TOPSOE方案的泄漏测试充压方案中，未在泄漏测试充压阶段加入阀门故障的判断程序，无法避免充压测试过程中出现阀门故障而导致燃气泄漏发生爆炸；

4、TOPSOE方案的泄漏测试泄压方案中，加入自动泄压程序，通过排空阀将通道可燃气排到高空，减少人员干涉避免造成人员伤害。

5、方案中考虑了在空气流量达到设定值时自动启动吹扫程序，在炉膛停车大联锁中停车时启动炉膛鼓风机，将会自动启动吹扫程序，这保证了炉膛停炉时的安全。

6、在炉膛风量的模拟量仪表信号上考虑加入线路故障判断，线路故障时直接做成联锁触发，安全第一。

7、对于炉膛风量的仪表设计三个仪表，设置成三选二功能

8、对于三选二仪表设置三个维修旁路功能，在考虑安全和实用性的平衡下，保证可以在装置运行的过程中检修其中出问题的仪表，以免造成停车影响生产，同时设置维修旁路操作规则，三选二仪表同时只能维修一个仪表，即同一时间三选二仪表只能操作一个维修旁路。

结束语

吹扫泄漏测试是每一个锅炉燃烧管理系统的重要环节，如何更好的保证锅炉生产的安全至关重要，同时在安全和生产两者之间的平衡问题也是当代锅炉燃烧管理系统设计时值得考虑的一个问题，希望本文能对此有所帮助。