CN101850951B

CN101850951B - 硫磺回收燃烧管理系统

Info

Publication number: CN101850951B
Application number: CN2009100485904A
Authority: CN
Inventors: 陶培荣
Original assignee: SHANGHAI QINGYE ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI QINGYE ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: CN101850951A

Abstract

本发明涉及一种硫磺回收燃烧管理系统，用以对硫磺回收系统的回收过程进行监控管理，所述硫磺回收系统包括气液分离器、酸性气燃烧炉、硫池、以及尾气燃烧炉，所述硫磺回收燃烧管理系统包括汽提酸性气安全子系统、酸性气燃烧炉安全子系统、尾气燃烧炉安全子系统等。这些子系统通过对回收流程的监控以及监控参数等对象的选择，并配合各种监控参数的联锁操作来实现系统的安全操作。

Description

硫磺回收燃烧管理系统

技术领域

本发明涉及一种硫磺回收领域，尤其涉及硫磺回收工艺过程进行控制的硫磺回收燃烧管理系统。

背景技术

随着中国对环境保护措施加强及对H₂S排放的严格限制，以及炼油厂加工含硫原油量的增加，炼厂的硫磺回收装置的规模越来越大，从以前的5000吨/年、10000吨/年规模至今发展到28万吨/年(福建泉州炼厂)。硫磺回收的原料为酸性气，其H₂S的含量一般大于65％，而当H₂S浓度在1000mg/m³时会使人失去知觉而中毒死亡，因此要求回收系统具有很高的安全性。随着硫磺回收规模越来越大，对其安全要求也越来越高，2004年7月我国发布了SH/T3018-2003石油化工安全仪表系统设计规范，规定：安全仪表系统的工程设计必须满足石油化工装置(或工厂)安全等级的要求，并且按国际上相关标准“国际电工委员会IEC 61508，IEC 61511及欧标DINV 19250”进行设计。目前硫磺回收的安全等级工艺定级在SIL3(IEC61508标准)及AK6级(DINV19250标准)，并要求达到

级认证。

硫磺回收的工艺基本采用克劳斯(CLAUSE)技术，克劳斯技术的基本机理是将H₂S置于炉子中燃烧，通过一系列的氧化反应生成液态的硫蒸汽，然后经过冷却系统形成固态的硫磺，整个过程中产生的尾气，须送入尾气焚烧炉中进行充分燃烧，达到国家排放标准后再通过烟囱排放到大气中去。整个化学反应过程中，会有大量的热量产生，可以通过废热锅炉进行回收利用。

硫磺回收的装置主要包含酸性气燃烧炉和尾气焚烧炉两套基本装置，一些处理量较大的系统还要有过程气的中间加热环节，它的作用是将过程气加热到一定温度后再进行加H还原，采用SCOT工艺提高硫磺的回收率。在整个硫磺回收的生产过程中，除了要有燃烧炉、加热炉、焚烧炉这些主要的装置之外，还需要一系列的预处理辅助装置和设施，才能保证系统的安全稳定操作并提高硫磺的回收效率。

目前，8万吨/年以上处理量硫磺装置一般是由二套4万吨/年X2组成，酸性气燃烧炉、尾气焚烧炉、尾气加热炉等生产环节，是硫磺回收的关键部分，也是需要考虑安全的关键部分。为此，希望有一套专门用于实现对硫磺回收生产过程的监控管理的专业化系统，来保证硫磺安全回收。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种硫磺回收燃烧管理系统。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种硫磺回收燃烧管理系统，用以对硫磺回收系统的回收过程进行监控管理，所述硫磺回收系统包括气液分离器、酸性气燃烧炉、硫池、以及尾气燃烧炉，所述硫磺回收燃烧管理系统包括：

汽提酸性气安全子系统，用以监控气液分离器液位及进入酸性气燃烧炉的酸性气流量，当气液分离器液位及酸性气流量任一值超过联锁设定值时，关闭该酸性气燃烧炉的酸性气进料阀，同时切断上游汽提装置根部阀；

酸性气燃烧炉安全子系统，用以监控由所述酸性气燃烧炉的炉膛压力、燃烧状态、鼓风机运行状态、酸性气流量、燃烧空气流量以及蒸汽废热锅炉的液位的组合，当所述组合中任一值超过联锁设定值时，执行第一保护操作组，包括：关闭所述酸性气进料阀、打开酸性气燃烧炉的蒸汽阀以引入蒸汽、关闭酸性气燃烧炉的进风阀以保护酸性气燃烧炉炉体、打开风机出口放空阀以保护风机；以及

尾气燃烧炉安全子系统，用以监控尾气燃烧炉的炉膛压力、燃烧状态、鼓风机运行状态、燃料气压力、燃料空气流量、蒸汽废热锅炉的液位的组合，当所述组合中任一值超过联锁设定值时，执行第二保护操作组，包括：打开风机出口放空阀以保护风机、关闭尾气燃烧炉的进风阀、切断尾气燃烧炉的燃料气进料阀以保护尾气燃烧炉炉体。

在本发明的实施例中，所述的汽提酸性气安全子系统还用以在所述酸性气燃烧炉停炉时关闭所述酸性气进料阀及根部阀。

在本发明的实施例中，所述的硫磺回收燃烧管理系统还包括硫池安全子系统，用以在硫池内含硫蒸汽流量低于联锁设定值时，关闭硫池蒸汽喷射阀。

在本发明的实施例中，所述硫磺回收系统还包括按次序连接的捕集器、尾气加热炉、氢气反应器以及急冷塔，其中所述捕集器连接所述酸性气燃烧炉，所述急冷塔连接一尾气处理装置，所述硫磺回收燃烧管理系统还包括：

尾气加热炉及加氢回收安全子系统，用以监控氢气反应器出口温度、急冷塔液位及温度、捕集器后压力、尾气加热炉炉膛压力、炉火状态、燃料气压力的组合，当所述组合中任一值超过联锁设定值时，执行第三保护组，包括：关闭捕集器至尾气加热炉的阀门、打开捕集器至尾气燃烧炉的阀门、关闭氢气反应器的氢气进料阀以及尾气加热炉的燃料气进料阀和进风阀。

在本发明的实施例中，所述硫磺回收系统还包括用以产生中压蒸汽的尾气过热器，所述硫磺回收燃烧管理系统还包括中压蒸汽安全子系统，用以监控中压蒸汽的流量、压力和温度的组合，当所述组合中任一值超过联锁设定值时，打开尾气过热器的蒸汽放空阀。

在本发明的实施例中，所述的硫磺回收燃烧管理系统还包括风机切换及安全保护子系统，用以监控所述酸性气燃烧炉及尾气燃烧炉的主风机和备用风机的运行状态并据此切换所述主风机和备用风机。

在本发明的实施例中，所述的硫磺回收燃烧管理系统还包括自动点火监控安全子系统，用以进行吹扫及点火过程的监控。

本发明提出的硫磺回收燃烧管理系统BMS，不仅包括整个硫磺回收生产过程的紧急停车(ESD)，而且可以包括所有燃烧过程的管理，以及燃烧过程辅助(炉子开、停工阶段的操作和管理)，是一个一体化的安全管理系统。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出硫磺回收系统结构图。

图2示出本发明一个实施例的硫磺回收管理系统的结构框图。

图3示出根据本发明一实施例的酸性气燃烧炉的安全联锁界面。

图4示出本发明一实施例的硫磺回收管理系统的硬件环境。

图5示出本发明一实施例的硫磺回收管理系统的吹扫流程。

图6示出本发明一实施例的硫磺回收管理系统的点火流程。

具体实施方式

图1示出硫磺回收系统结构图。参照图1所示，在一个硫磺回收系统中有酸性气燃烧炉101、捕集器102、尾气加热炉103、氢气反应器104、急冷塔105、尾气燃烧炉106、尾气加热器107、烟囱108、气液分离器109、燃料气分液罐110、硫池111等部件，这些部件通过相关的管路连接，管路上设有相应的控制阀门。其中，酸性气燃烧炉101设有控制进入酸性气燃烧炉101的空气的酸性气燃烧炉进风阀K0、控制低压蒸汽的低压蒸汽阀K1。硫池111设有控制进入硫池111的低压蒸汽的硫池蒸汽喷射阀K2。捕集器102与尾气燃烧炉106之间设有跨线阀K3。尾气加热炉103设有控制进入尾气加热炉103的尾气的尾气加热炉尾气进料阀K4、控制进入尾气加热炉103的燃料的尾气加热炉燃料气进料阀K5、控制进入尾气加热炉103的空气的尾气加热炉进风阀K6。氢气反应器104设有控制进入氢气反应器104的氢气的氢气进料阀阀K7。尾气燃烧炉106设有中压蒸汽放空阀K8、控制进入尾气燃烧炉106的燃料的尾气燃烧炉燃料气进料阀K9、控制进入尾气燃烧炉106的空气的尾气燃烧炉进风阀K10。通过鼓风机121-124来对酸性气燃烧炉101及尾气加热炉103提供燃烧所需的空气。各鼓风机121-124还分别设有放空阀K21-K24。此外，由两个气液分离器109分离含氨酸性气及再生酸性气中的酸性液后，酸性气通过酸性气进料阀K11进入酸性气燃烧炉101。

另外，酸性气燃烧炉101、尾气燃烧炉103配置各自的蒸汽废热锅炉和风机，并设置必要的传感器，以监控诸如炉膛压力、燃烧状态、鼓风机运行状态、燃料气压力、燃烧空气流量，蒸汽废热锅炉的液位等运行参数，以作为监控依据。

本发明一实施例硫磺回收燃烧管理系统(BMS)是针对上述系统的工艺生产过程而开发的，一个包含过程气预处理、燃烧辅助(如风机的启停，火嘴的点火控制)、紧急停车(ESD)联锁、以及燃烧过程管理的一体化安全系统。

针对标准8万吨以上年回收量，并带有中间加热炉工艺流程的硫磺回收装置的安全系统，“硫磺BMS”1000可由八个子系统组成，参照图2所示，其包括：汽提酸性气安全子系统10、酸性气燃烧炉安全子系统20、硫池安全子系统30、尾气加热炉及加氢回收安全子系统40、尾气燃烧炉安全子系统50、中压蒸汽安全子系统60、风机切换及安全保护子系统70、以及自动点火监控安全子系统80。这些子系统通过对回收流程的监控以及监控参数等对象的选择，来实现系统的安全操作。需要指出的是，由于工艺流程的不同，本发明的回收管理系统可以只包括部分的上述子系统。

上述八个子系统既可单独操作、动态联锁，又可相互关联，其监控为块与块的形式，程序为链式结构。安全逻辑是严格基于生产工艺而编制的，可为用户提供一个切实可靠的安全方案。每个子系统都具有自己的联锁操作界面，操作人员可以根据实际需要，修改联锁条件的参数，也可以对信号做切除、复位的选择，还可以对现场某个装置的运行状态进行操作。一旦有联锁发生，会有画面报警和声音报警同时给以明确显示，并且软件会自动记录首个引发联锁的原因。本实施例的硫磺BMS还可以根据使用者的需要，做出历史趋势图和曲线、历史数据表、以及各种报表。

下面参照附图对各个子系统做进一步分析。

汽提酸性气安全子系统10主要对进入图1所示酸性气燃烧炉101的酸性气进行预处理，参照图1所示，在这部分工艺环节中，需要对气液分离器109的液位、酸性气流量进行监控，若任一实际值超过本子系统10的联锁设定值，此子系统10就会自动联锁，关闭酸性气燃烧炉101入口处的酸性气进料阀K11，以免含液体或过低量酸性气进入酸性气燃烧炉101中引起爆炸。同时，子系统10还会切断上游汽提装置根部阀，防止上游酸性气继续进入。另外，当酸性气燃烧炉101停炉(即不工作)时，系统也会联锁(因为下游装置已经没有处理能力)，大量的H₂S气体不可直接引入火炬燃烧后放空(大量酸性气燃烧不充分引起环境污染)，更不可任其跳安全阀后泄放到大气中，因此，系统会自动关闭上述的酸性气进料阀K11和根部阀。图8示出根据本发明一实施例的酸性气燃烧炉的安全联锁界面。然而需要指出的是，这些联锁条件只是作为示例，并非用以限制本发明。

参照图1所示，酸性气燃烧炉安全子系统20主要进行以下控制：

(1)火嘴自动保护：一旦当酸性气燃烧炉101的火焰熄灭时导致联锁，要打开蒸汽阀门K1，防止酸性气燃烧炉101的燃烧室高温辐射烧坏火嘴。

(2)对酸性气燃烧炉101的炉膛压力、燃烧状态、鼓风机运行状态、酸性气流量、燃烧空气流量进行实时监控，任何一个因素达到联锁条件，都会触发该子系统20联锁。

(3)对蒸汽废热锅炉的液位进行监控，当液位超低时，触发系统联锁，以免锅炉爆炸。逻辑设计时应考虑它的液位、压力等因素。

一旦触发联锁，酸性气燃烧炉安全子系统20会自动进行以下第一保护操作组以保证装置安全：关闭酸性气进料阀K11切断气源、打开蒸汽阀K0以保护火嘴、关闭酸性气燃烧炉进风阀K0以保护酸性气燃烧炉101的炉体、打开鼓风机出口放空阀K21、K22以保护风机121、122。

参照图1所示，硫池安全子系统30负责当硫池105内含硫蒸汽流量超低，或者燃烧炉停炉时，触发硫池安全联锁，将硫池蒸汽喷射阀K2关闭。

参照图1所示，可选地，尾气加热炉102位于酸性气燃烧炉101与尾气燃烧炉103之间，是利用SCOT工艺进一步对过程气中的硫元素进行回收的单元。这部分工艺较复杂，为适应这一工艺需求，本发明的较佳实施例设置尾气加热炉及加氢回收安全子系统40，对加氢反应器104的出口温度、急冷塔105的液位及温度、尾气捕集器102后压力、尾气加热炉103的炉膛压力、炉火状态、燃料气压力的实时状态进行监控，任何一个因素达到联锁条件均会触发该系统联锁，以保证尾气加热炉103的安全。

一旦联锁，尾气加热炉及加氢回收安全子系统40系统会自动完成以下第三保护操作组：尾气至尾气处理管线的阀门K4关闭，尾气至燃烧炉的跨线阀K3打开(以此方式自动控制过程气的走向，在保障系统安全的前提下，提高系统的回收效率)，氢气管线的阀门K7关闭、尾气加热炉进风阀门K5、尾气加热炉燃料气进料阀K6关闭，保证尾气加热炉103的炉体安全。

参照图1所示，尾气燃烧炉安全子系统50与酸性气燃烧炉安全子系统20一样，要对尾气燃烧炉106的炉膛压力、燃烧状态、鼓风机运行状态、燃料气压力、燃烧空气流量，蒸汽废热锅炉的液位进行实时监控，任何一个因素达到联锁条件，都会触发该子系统联锁。一旦联锁，尾气燃烧炉安全子系统50会自动进行如下第二保护操作组：打开风机出口放空阀K23、24以保护风机123、124、关闭尾气燃烧炉进风阀K10、切断尾气燃烧炉进料阀K9以保护尾气燃烧炉106的炉体安全。

参照图1所示，为了充分回收燃烧后尾气中的热量，将由尾气燃烧炉106跑出来的蒸汽再送入尾气过热器107，经过热交换形成中压蒸汽，再经过减温减压等装置去往其他单元利用。在中压蒸汽安全子系统60中，对中压蒸汽的流量、压力、温度进行实时监控，任何一个因素达到联锁条件，都会触发该系统联锁，此时子系统60会自动打开中压蒸汽放空阀K8，保证此热交换装置的安全。

在风机切换及安全保护子系统70中，本实施例的BMS系统充分考虑主、备机的运行状态及投用情况，经过逻辑判断后提供给用户安全可靠的切换路径(当主/备机均正常时，投用主机，当主机故障备机正常且没有投用到其它装置时，投用备机，当备机故障主机正常时投用主机，主/备机均故障或主机故障备机正常但被其它装置投用时，系统不可运行并发出事故报警)，具体的控制逻辑可因具体的情况而定；为了保证风机的正常投用，本实施例对风机转子、定子温度以及润滑油压力的实时情况，设定安全报警限，一旦超限，系统报警以提示操作人员进行维护。

自动点火监控安全子系统80的控制程序主要包括：安全状况监控(燃料气安全状态，各种阀门的安全状态)；吹扫的安全状况监控；打火全过程的监控；火焰的监控；炉膛温度、压力监控及联锁；火嘴燃烧器的安全保护。

在自动点火之前，必须要进行严格的吹扫，这是防止炉膛闪爆的安全操作。根据国内硫磺回收装置的实际运行情况及用户的要求，本实施例设计了一套“中控室点火——吹扫”和“现场点火——吹扫”的全自动点火程序(中控室监控)，供使用者选择。程序如下：

在自动点火之前必须先进行安全吹扫，将残留在炉内的可燃气体吹扫掉以防点火过程中发生闪爆，参照图5所示。

吹扫流程：

条件：流量正常(十倍容积量)、燃气阀关闭、低压蒸气阀关闭、氮气阀关闭、炉子火焰熄灭、废热锅炉液位60％、停炉复位；

当一切条件正常后，显示进入安全状态，可以进行吹扫；

启动吹扫按钮，进行吹扫，信号送入分布式控制系统(DCS，参见图4)，进风阀在吹扫位置延时20分钟后显示吹扫结束。

自动点火流程，参照图6所示：

条件：燃料气压力正常、燃料气分液罐110液位正常、停炉复位。显示燃料气已准备好；

如果安全状态已达到(阀位在正常位置)，并且吹扫已完成，以及停止点火复位，可以进入点火状态。

启动点火按钮，开始点火过程，点火电打火开始打火，开启点火支路阀门，打火进行15秒钟，再延时10秒，由火焰探头探测到火焰后，显示点火成功，然后延时10分钟，开启燃料气主阀门，通知分布式控制系统调整火焰强度，开启支路电磁阀，如果火焰点火失败，关闭点火支阀，进入吹扫流程，再进行点火。

这些安全程序，保证了生产过程的高可靠性、高安全性，克服了由点火误操作而发生瓦斯爆炸、塌炉的安全隐患，是保障硫磺回收装置安全运行不可缺少的部分。

图4示出本发明一实施例的硫磺回收管理系统的硬件环境。其中包括BMS操作站100、工程师站120、多个CPU201-203、分布式控制系统(DCS)300、模拟输入接口401、数字输入接口402、数字输出接口403。其中BMS操作站100提供显示界面和操作接口供使用者交互。本实施例的硫磺回收管理系统的各子系统10-80程序部分可以软件的形式运行于BMS操作站100中，供使用者操作。BMS操作站100通过两条多模铠装光缆100a、100b连接到各个CPU201-203。多个CPU201-203之间通过RS485接口连接，多个CPU201-203可通过以太网与工程师站120连接，并通过MODBUS总线与DCS300连接。模拟输入接口401、数字输入接口402连接BMS系统监控所需的各类传感器。数字输出接口403可连接各种执行部件，例如前述的各种阀门。模拟输入接口401、数字输入接口402和数字输出接口403可通过I/O总线连接到多个CPU201-203。

以上八个安全子系统或者其主要部分组成了一个硫磺回收燃烧管理系统BMS，它不仅包括整个硫磺回收生产过程的ESD，而且包括所有燃烧过程的管理，以及燃烧过程辅助(炉子开、停工阶段的操作和管理)，是一个一体化的安全管理系统。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种硫磺回收燃烧管理系统，用以对硫磺回收系统的回收过程进行监控管理，所述硫磺回收系统包括气液分离器、酸性气燃烧炉、硫池、以及尾气燃烧炉，所述硫磺回收燃烧管理系统包括：

酸性气燃烧炉安全子系统，用以监控所述酸性气燃烧炉的炉膛压力、燃烧状态、鼓风机运行状态、酸性气流量、燃烧空气流量以及蒸汽废热锅炉的液位的组合，当所述组合中任一值超过联锁设定值时，执行第一保护操作组，包括：关闭所述酸性气进料阀、打开酸性气燃烧炉的蒸汽阀以引入蒸汽、关闭酸性气燃烧炉的进风阀以保护酸性气燃烧炉炉体、打开风机出口放空阀以保护风机；以及

2.如权利要求1所述的硫磺回收燃烧管理系统，其特征在于，所述的汽提酸性气安全子系统还用以在所述酸性气燃烧炉停炉时关闭所述酸性气进料阀及根部阀。

3.如权利要求1所述的硫磺回收燃烧管理系统，其特征在于，还包括硫池安全子系统，用以在硫池内含硫蒸汽流量低于联锁设定值时，关闭硫池蒸汽喷射阀。

4.如权利要求1所述的硫磺回收燃烧管理系统，其特征在于，所述硫磺回收系统还包括按次序连接的捕集器、尾气加热炉、氢气反应器以及急冷塔，其中所述捕集器连接所述酸性气燃烧炉，所述急冷塔连接一尾气处理装置，所述硫磺回收燃烧管理系统还包括：

5.如权利要求1或4所述的硫磺回收燃烧管理系统，其特征在于，所述硫磺回收系统还包括用以产生中压蒸汽的尾气过热器，所述硫磺回收燃烧管理系统还包括中压蒸汽安全子系统，用以监控中压蒸汽的流量、压力和温度的组合，当所述组合中任一值超过联锁设定值时，打开尾气过热器的蒸汽放空阀。