CN111929114A - 一种石油化工火炬排放废气组分及热值的在线监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石油化工火炬排放废气组分及热值的在线监测系统，该监测系统包括取样装置，防泄漏的预处理装置、气体回收装置和色谱仪，所述系统运行过程中首先由取样装置过滤抽取火炬内的样品气，经过伴热管线控温传输至预处理装置中，经过对废气的温度、压力、流量控制后再传输至色谱仪进行实时分析，分析完成后的尾气传输至气体回收装置，再排入低压回收点。该系统能够针对石油化工火炬排放废气进行连续取样，并且在经过防泄漏预处理后提高安全性，工业色谱根据联系取样的气体进行在线连续检测，实现全流程监控，提高石油化工火炬气体的排放标准。

Description

一种石油化工火炬排放废气组分及热值的在线监测系统
技术领域
本发明属于烟气监测技术，具体涉及一种石油化工火炬排放废气组分及热值的在线监测系统。
背景技术
在石油化工领域，废气一般具有危害性，合理的处置是一项很重要的技术，对此，废气的检测也就显得很关键。火炬是指化工企业用于安全燃烧工厂废气的处理装置。当火炬排放时，废气可能含有大量的具有可燃性、有毒性、高反应性的挥发性有机物(HR VOCs)。HR VOCs英文全称为Highly-Reactive Volatile Organic Compounds，最先由美国得州环境质量委员会(TCEQ)提出，指的是其休斯顿-加尔维斯顿-布拉佐里亚(HGB)石化工业区的冷却塔及废气燃烧火炬排放的，造成空气污染的，高光化学反应有机物。同时，因为火炬产出的HR VOCs排量仅次于非组织排放贡献总量，所以需要对HR VOCs进行管制。
火炬废气具有气体组分多、组分复杂、高沸点、毒性大、可燃性、气体浓度跨度大及排放时间区间不一等特性。因此火炬废气在线监测系统需要具备可测量气体组分多、大量程比、防泄漏、易安全维护、响应时间快、可在危险区域使用、监测数据具有代表性等基本要求。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种石油化工火炬排放废气组分及热值的在线监测系统，解决的火炬排气的安全性监测问题。
技术方案：一种石油化工火炬排放废气组分及热值的在线监测系统，包括取样装置、预处理装置、气体回收装置和色谱仪，该系统的取样装置通过探针采集火炬内的气体以获得样品气，样品气经伴热管线控温传输至预处理装置中，所述的预处理装置设有双隔离洩放阀门，经过对废气的温度、压力、流量控制后再传输至色谱仪进行样品气组分及热值的分析，分析完成后的样品气由气体回收装置进行回收。
进一步的，所述的取样装置包括第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、过滤器和蓄气池，探针采集样品气后经过第一控制阀进入到过滤器中，再经过第二控制阀输送至预处理系统；所述的过滤器两端还设有标气管道和反吹管道，所述的第三控制阀用于控制标气管道的进出气，所述的第四控制阀用于控制蓄气池往探针方向的进出气。
优选的，所述的蓄气池的另一端连接有清洁气源，具有蓄气池连接清洁气源的一侧设有单向止回阀。
优选的，所述的蓄气池包括设置气体增压泵。
进一步的，所述的预处理装置中设有双隔离洩放阀门，由两个三通阀连接组成一组三通阀，通过泄放两个密封面之间的阀腔以抵抗来自阀门两端的压力，实现管线中压力的控制。
进一步的，所述的气体回收装置包括排放总管、压力表、压力调节装置、控制阀和总管压力总控制器，所述的排放总管连接色谱仪废气排放口，经过压力表、压力调节装置、总管压力总控制器和控制阀达到压力平衡后排放到低压回收点。
所述的气体回收装置中的低压回收点包括蓄气钢瓶或引出至探针所处的火炬气体烟囱。
更进一步的，第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀均为电磁阀，电磁阀与控制器连接，由控制器控制各个电磁阀的工作。
更进一步的，所述的系统中取样装置和预处理装置中设有加热装置，所述加热装置为气体传输的连接管道进行加热。
有益效果：与现有技术相比，本发明所述的石油化工火炬排放废气组分及热值的在线监测系统具有如下显著效果：
(1)本发明中取样装置通过多组阀门的控制避免更换过滤器带来的安全风险，并且针对现有技术中容易造成管线堵塞问题，通过引入仪表控制实现探头的反吹，更加的清洁高效，取样装置中还通过设置多组控制阀，通过控制阀的组合可以实现标气、清洁气源反吹提高探针和取样装置中管道的清洁度。
(2)针对现有技术中对于气体预处理过程容易生产的泄露等问题，本发明在预处理装置中增设双防设计，即双隔离洩放阀门以实现控温和压力平衡。
(3)本发明中气体回收装置使得该系统零排放，经过分析后的气体可以实现低压回收或回收到火炬排气烟囱中。
(4)本发明所述系统通过取样装置的取样，预处理装置对于易燃易爆炸气体的控制后进入色谱仪进行分析，最后实现回收，能够针对不同组分的废气进行各部分装置的控制调节以具有广泛的应用范围，并且通过电气控制实现在线实时检测，显著的提高对于火炬排放气体的实时监控。
附图说明
图1是本发明所述系统的结构示意图；
图2是本发明所述取样装置的结构示意图；
图3是本发明所述预处理装置中双隔离洩放阀门关闭状态的结构示意图；
图4是本发明所述预处理装置中双隔离洩放阀门工作状态的结构示意图；
图5是本发明所述气体回收装置的结构示意图。
具体实施方式
为了详细的说明本发明所公开的技术方案，下面结合附图及具体实施例做进一步的表述。
火炬是指化工企业用于安全燃烧工厂废气的处理装置。当火炬排放时，废气可能含有大量的具有可燃性、有毒性、高反应性的挥发性有机物(HR VOCs)。HR VOCs英文全称为Highly-Reactive Volatile Organic Compounds，最先由美国得州环境质量委员会(TCEQ)提出，指的是其休斯顿-加尔维斯顿-布拉佐里亚(HGB)石化工业区的冷却塔及废气燃烧火炬排放的，造成空气污染的，高光化学反应有机物。同时，因为火炬产出的HR VOCs排量仅次于非组织排放贡献总量，所以需要对HR VOCs进行管制。
本发明是对石油化工火炬排放废气组分及热值分析所提供的一种石油化工火炬排放废气组分及热值的在线监测系统。其系统结构如图1所示，主要包括取样装置10，预处理装置20，气体回收装30和色谱仪40。整个系统的运行过程，首先由取样装置10过滤抽取火炬内的样品气体，经过伴热管线控温传输至预处理装置20，经过预处理装置20对温度、压力、流量控制后再传输至色谱仪40分析，分析完成后的尾气传输至气体回收装置30进行处理，最后再排入低压回收点。
具体地，本实施例采用的组合设计的取样装置结构如图2所示，取样装置的取样探针位于火炬废气排放管道内以采集样品气，根据实际采集的样品气的组成成分预测进行选择不同的探针以避免侵蚀，延长使用寿命。包括根据火炬气体防爆的要求设置合适的探针及其连接管线长度。然后由探针采集的样品气进入到第一阀门101，然后进入到过滤器105，由过滤器105过滤后的样品气经过第二阀门102后进入到预处理系统。在取样装置中，本实施中同时需要标气和清洁气源供应，标准气体的接入实现对于工业色谱仪的校准，清洁气源接入可以进行反吹实现过滤器105、探针及其管道的清洁，清洁气源例如采用工厂提供的氮气等。
图2所示的取样装置中，第一控制阀101至过滤器105之间的管线通过三通或开孔焊接接入标气的进入管道，且在标气管道设置第三控制阀103以控制标气的输送。为了实现反吹，该取样装置中过滤器105至第二控制阀102之间的管线接入工厂氮气进气口至过滤器105或第二阀控制阀102之间设置第四控制阀104和蓄气池106，蓄气池106可以采用压力钢瓶组或防爆的器材，一端进气，一端出气，进气端连接通过第四控制阀104后进去到过滤器106和探针段，在蓄气池106内可以为了满足压力和流速的需求设置增压泵，提高清洁效果。
另一方面，取样装置中所采用的阀门可以是电磁阀或手动球阀等，对于电磁阀还可以设置控制电路进行操作。当进行滤芯更换时，通过操控面板可以控制电磁阀，第一控制阀101、第二控制阀102、第三控制阀103、第四控制阀104关闭，从而实现安全更换滤芯。
对于预处理装置，本实施中所述的预处理装置基于Double Block and Bleed(DBB)技术，该技术实现的控制阀是美国石油与天然气行业标准的一种阀门，意思为双隔离洩放阀门。即有两个阀座密封面的隔离阀门，在关闭位置，通过泄放两个密封面之间的阀腔，可抵抗来自阀门两端的压力,同时节省体积及安装时间。对于预处理取样及标定流路进行优化处理,应对硫化物管件采用钝化(inert coating)材料,以增快分析系统响应时间。
本发明在预处理装置在现有的火炬废气处理的设备上设有双隔离洩放阀门，通过泄放两个密封面之间的阀腔以抵抗来自阀门两端的压力，然后将经过预处理的废气传输到工业色谱仪；双防泄漏是将两个三通阀连接组成一组三通阀。当阀门处于OFF状态时，两个三通阀无驱动气驱动，处于全部关闭状态。此设计具有一定的容错性。即使发生泄漏，仍然可以保证样气不受污染。当开启阀门时，驱动气驱动阀门，阀门开启，样气流入。如图3所示，当阀门处于OFF状态时，两个三通阀无驱动气驱动，处于全部关闭状态。此设计具有一定的容错性。即使发生泄漏，仍然可以保证样气不受污染。如图4所示，当开启阀门时，驱动气驱动阀门，阀门开启，样气流入。图3和图4中，INLET表示进气口，OUTLET为出气口，VENT是泄放口。
对于色谱仪，采用的是工业色谱分析仪器设备，可根据实际废气检测的需要接入相应的分析仪器，通过色谱分析可直接获取到检测结果，并且根据定时或实时采集的样品气进行在线分析，显示该样品气的组成成分及热值等。例如，对于工业色谱仪，为平行进样式。采用西门子MAXUMⅡ色谱仪，根据具体应用及要求，委托西门子按需配置色谱仪内部配置并设定参数。并选配电子调压(EPC)、管柱间侦测器(ITC)、平行进样(parallelchromatograph)等数项核心色谱分析技术,以达到15分钟内完成一次多组分的分析。
对于气体回收装置，可以采用储蓄罐或钢瓶实现回收，也可以将排除的样品气废气再次通过管路返回到火炉或其他装置中进行焚烧处理,但同时须保证回流点背压不影响分析数据。图5展示的是一种气体的回收装置，图5中所示的包括废气低压排放点301，一款为名称为VentMaster的烟气控制处理设备302，排放总管压力控制器303；样品处理气接头304，排放总管305。图5所将色谱仪分析后的样品气接入到样品处理气接头304，经排放总管305和排放总管压力控制器303、烟气控制处理设备302处理可是实现在废气低压排放点301中燃烧处理，其中的烟气控制处理设备302还注入氮气进行压力调节和驱动气作用。
本发明所述系统运行过程中首先由取样装置过滤抽取火炬内的样品气，经过伴热管线控温传输至防泄漏预处理装置中，经过对废气的温度、压力、流量控制后再传输至工业色谱仪分析，分析完成后的尾气传输至气体回收装置，再排入低压回收点。该系统能够针对石油化工火炬排放废气进行连续取样，并且在经过防泄漏预处理后提高安全性，工业色谱根据联系取样的气体进行在线连续检测，实现全流程监控，提高石油化工火炬气体的排放标准。

Claims (9)

1.一种石油化工火炬排放废气组分及热值的在线监测系统，包括取样装置(10)、预处理装置(20)、气体回收装置(30)和色谱仪(40)，其特征在于：该系统的取样装置通过探针采集火炬内的气体以获得样品气，样品气经伴热管线控温传输至预处理装置中，所述的预处理装置设有双隔离洩放阀门，经过对废气的温度、压力、流量控制后再传输至色谱仪进行样品气组分及热值的分析，分析完成后的样品气由气体回收装置进行回收。
2.根据权利要求1所述的石油化工火炬排放废气组分及热值的在线监测系统，其特征在于：所述的取样装置包括第一控制阀(101)、第二控制阀(102)、第三控制阀(103)、第四控制阀(104)、过滤器(105)和蓄气池(106)，探针采集样品气后经过第一控制阀(101)进入到过滤器(105)中，再经过第二控制阀(102)输送至预处理系统；所述的过滤器(105)两端还设有标气管道和反吹管道，所述的第三控制阀(103)用于控制标气管道的进出气，所述的第四控制阀(104)用于控制蓄气池(105)往探针方向的进出气。
3.根据权利要求2所述的石油化工火炬排放废气组分及热值的在线监测系统，其特征在于：所述的蓄气池(106)的另一端连接有清洁气源，具有蓄气池(106)连接清洁气源的一侧设有单向止回阀。
4.根据权利要求3所述的石油化工火炬排放废气组分及热值的在线监测系统，其特征在于：所述的蓄气池(106)包括设置气体增压泵。
5.根据权利要求1所述的石油化工火炬排放废气组分及热值的在线监测系统，其特征在于：所述的预处理装置(20)中设有双隔离洩放阀门，由两个三通阀连接组成一组三通阀，通过泄放两个密封面之间的阀腔以抵抗来自阀门两端的压力，实现管线中压力的控制。
6.根据权利要求1所述的石油化工火炬排放废气组分及热值的在线监测系统，其特征在于：所述的气体回收装置(30)包括排放总管、压力表、压力调节装置、控制阀和总管压力总控制器，所述的排放总管连接色谱仪废气排放口，经过压力表、压力调节装置、总管压力总控制器和控制阀达到压力平衡后排放到低压回收点。
7.根据权利要求6所述的石油化工火炬排放废气组分及热值的在线监测系统，其特征在于：所述的气体回收装置(30)中的低压回收点包括蓄气钢瓶或引出至探针所处的火炬气体烟囱。
8.根据权利要求1所述的石油化工火炬排放废气组分及热值的在线监测系统，其特征在于：第一控制阀(101)、第二控制阀(102)、第三控制阀(103)和第四控制阀(104)均为电磁阀，电磁阀与控制器连接，由控制器控制各个电磁阀的工作。
9.根据权利要求1所述的石油化工火炬排放废气组分及热值的在线监测系统，其特征在于：所述的系统中取样装置(10)和预处理装置(20)中设有加热装置，所述加热装置为气体传输的连接管道进行加热。
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