宜春2台焦炉8管DN500放散点火技术方案.doc

宜春焦炉自动放散点火装置技术方案
（2台焦炉8管DN500）

武汉海韵仪表电气工程有限公司
技 术 方 案

根据两台8米DN500焦炉集气母管荒煤气自动放散点火系统基本要求，依据鞍山焦炉院荒煤气自动放散点火工艺系统图（10901EK211001-6）。结合其它相关要求制作本方案：
一、工程概况
1.1工艺条件：
1.1.1 集气母管的工艺条件
1.1.1.1 煤气种类： 焦炉集气母管荒煤气；
1.1.1.2 介质温度：同大气；
1.1.1.3 放散管出口最大压力： 0~1 Kpa；
1.1.1.4 点火煤气：荒煤气；
1.1.1.5 点火方式：直接点火
1.1.1.6 吹扫介质：饱和蒸汽
1.1.1.7 蒸气压力：0.1MPa；温度：180度蒸汽管口径：DN50
1.1.1.8 拢火介质：蒸汽，连接口径ф50
1.1.1.9灭火介质：蒸汽，连接口径ф50
1.1.1.10放散塔标高：集气管上约8米；
1.1.1.11放散塔直径： DN500；
1.1.1.12放散筒根数: 8根
1.1.1.13电源：AC220V/20A 50Hz；
1.1.1.14环境温度：－10～80℃；
1.1.1.15放散塔总重量：主材Q235-B，单重~5.2吨（不含稳燃帽）；
1.1.1.16排放类型：荒煤气通过水封阀，进入筒体，进行防风式燃烧器排放燃烧。

1.2 系统设计依据和执行标准
1.2.1 电气设备设计依据和执行标准
NFPA 54
国家燃气法规
NFPA 85C
多燃烧器防外爆/内爆标准
ISBN7-5024-2185-8
化工行业过程监测和控制自动化设计标准
GB3047.1
面板、架和柜的基本尺寸系列
GB2681
电工成套装置中的导线颜色
GB2682
电工成套装置中指示灯和按钮的颜色
JB/T1402-91
盘装工业过程和控制仪表尺寸及开孔尺寸
ANSI/NFPA 70
美国国家电气规范
ANSI/IEEE 472
冲击电压承受能力导则
SAMA PMS 22.1
仪表和控制系统的功能图表示法
ANSI/NEMA ICS4
工业控制设备和系统的端子排
ANSI/NEMA ICS6
工业控制设备和系统外壳
UL 44
橡胶导线、电缆的安全标准
GB2900
电工名词术语
GB4796
电工电子产品环境条件
GB50058
爆炸和火灾危险环境装置设计规范
1.2.2钢结构及安装引用的规范和标准
GB50011-2001
建筑抗震设计规范
GB50009-2001
建筑结构荷载规范
GB50205-2001
钢结构工程施工质量验收规范
GB9115-1988
钢制管法兰
GB/T13927-1992
通用阀门压力实验
GB/T700-1988
碳素结构钢
GB1220-1992
不锈钢棒
1.2.3 火炬系统的设计遵循Q/320303 INC11-2000及其他相关国家标准。

二、主要设备清单
2.1 集气管放散点火系统（4套）
序号
货物名称
规格型号
材料
数量
生产厂家
1
自动点火控制柜
HYJLG-2
含PLC及软件
4套
海韵公司
2
高能发生器（含点火嘴、高压电缆）
HYDH-20B
进口元器件
16套
海韵公司
3
点火器保护箱
HYBHX-2

8台
海韵公司
4
全天侯防风式燃烧器（含伴烧嘴）
HY-500
不锈钢304 6MM
防回火：Q235
8套
海韵公司
5
火焰检测器
HYZW-2

8套
海韵公司
6
电动灭火蒸汽快关阀
HY65-16P
DN50
8个
海韵公司
7
电动拢火蒸汽快关阀
HY50-16P
DN50
8个
海韵公司
8
灭火手动截止阀
J641Y
DN50
8个
上海
9
拢火手动截止阀
J641Y
DN50
8个
上海
10
电动执行机构
DKJ4100GM
焦炉专用
8台
天津
11
放散阀操作器
含执行器上的放大器、调节器
8套
海韵专用
12
UPS电源
确保停电后系统正常运行2小时
4套
山特

三、控制方案
3.1所有放散燃烧点火装置具有手动、半自动。自动三种控制方式，操作控制柜安装在集气管上的操作室小房。
3.2集气母管的控制系统（见附件1：焦炉放散点火系统图）
工作原理：
由集气管煤气压力信号（4~20mA模拟量）送到控制柜中的PLC可编程控制器（西门子PLC产品），当集气管煤气压力达到上限时（可设定调整），控制柜发出声光报警信号，持续5秒钟时间后如果压力继续上升达到上上限时，“压力上上限指示灯”亮，同时电笛发出声响。控制装置将进入点火状态。装置首先自动打开放散阀门30%，同时点火器开始点火，15秒后点火器停止点火，放散荒煤气通过燃烧器直接点燃，火焰检测器检测到火焰表示“点火成功”（如果点火没有成功，在自动状态下点火器将进行第二次点火）。同时消烟蒸汽电动阀门打开；15秒钟后打开放散阀60%，再持续15秒钟后打开放散阀门90%，持续放散；如果集气管煤气压力持续上升时则打开第二根放散管（点火程序同理），当荒煤气压力下降时，PLC控制柜检测到压力下限值时，控制装置将自动关闭放散煤气阀和关闭拢火蒸汽电动阀，打开灭火蒸汽电动阀30秒后将自动关闭，放散过程结束(见附件4:电气原理图)。
海韵公司建议：为了防止“煤气回火和煤气放炮”在煤气放散阀打开前和煤气放散阀关闭前在放散管内施以一定量的惰性气体（蒸汽），当然海韵公司在混风引风器和放散管出口烧嘴（稳燃器）的设计上已经考虑了煤气回火问题。
3.2.1全自动控制：放散燃烧点火装置与鼓风机事故状态或母管压力联锁，当鼓风机事故状态信号（开关量）或母管压力（模拟量）超标时，水封阀执行机构自动开启，启动点火器，同时拢火蒸汽阀开启，放散执行机构的开度是根据母管压力三极调节来自动进行调整的，放散燃烧点火装置自动点火燃烧，当系统恢复正常时装置自动熄灭引火燃烧，点火装置进入下一个点火程序待令。自动点火装置根据放散系统提供的压力参数（模拟量4~20mA）用户可以自由设定压力预报警植（报警值）。
3.2.2半自动点火：按下“半自动点火”按钮开关，点火程序根据半自动点火逻辑完成自动点火过程，使燃烧处于长期点亮状态。
3.2.3手动点火：通过手动操作相关按钮完成点火过程。
3.3放散燃烧点火装置具有火焰检测装置并将燃烧信号送至操作室加以显示报警，对点火工况及主点火嘴及煤气烧嘴的燃烧情况进行监测。整个点火及煤气烧嘴燃烧过程，均有显示，直观、明了、对相应工况发出声光报警信号，放散燃烧点火装置控制系统具有计算机联锁控制功能。手动、半自动、全自动切换在点火控制柜上。
3.4控制系统具有判断压力变化趋势和延时点火功能。当检测压力瞬时超标（超出给定压力范围），在规定时间以后视压力变化趋势自动点火或熄火。以避免电磁阀频繁动作影响其使用寿命。
3.5系统可以根据外来热工信号（开关量）进行强制放散（MFT）。
3.6 我们的产品特点：海韵公司在点火嘴上引进了德国的最新技术——高温压电陶瓷技术——使点火嘴具备在高温（1500度）、高压（100KV）、潮湿（湿度100%）、高腐蚀环境下正常工作。因此我们的点火嘴可以布置在主火炬的火焰区中（见附件2：防风式燃烧器燃烧示意图）摆脱了传统的必须要有引火煤气的二次点火方式，所以海韵公司的HYDH-20B防爆型高能点火器配合混风式燃烧器可以在任何情况下完成点火任务，点火成功率达到100%，可靠性高的直接点燃需要排放的荒煤气。
四、主要设备简介
4.1、自动点火控制柜（型号HYJLG-2系列）
控制柜采用单门密封结构,柜内元器件采用的PLC为西门子S7-300，电气元器件为原装施耐德公司产品，防护等级IP56、端子排余量大于15%。该柜为1控2，1台柜同时控制2根放散管完成放散点火工作。控制对象主要有：高能点火器、吹扫和拢火蒸汽阀、水封放散阀执行机构。每台控制柜内予留与DCS系统对接的控制接口，控制柜向DCS系统提供受控设备的运行状态（无源接点）；同时，可接受DCS系统向点火控制系统发出的控制指令（无源接点）。HYJLG系列自动点火控制柜是海韵公司为自动放散点火装置开发的专用产品，它可以同时控制1~6台放散点火装置。
显示仪表为香港虹润（HR）生产，控制功能增加阀门定时（20天）短时活动程序，防止阀体因常时间不动作而被焦油粘连，影响自动控制的顺利执行。增加UPS备用电源电能定时检测、定时充放电通知程序，以保证停电时自控系统利用备用电源完成手工操作激发点火进行放散消烟作业。增加了控制排放煤气的出口马赫数程序，以减少火炬运行时的噪音，保证在最大排放工况下火炬底部的噪音值不大于80分贝。

4.2、HY-XXX系列全天侯防风式燃烧器（参见附件2：防风式燃烧器燃烧示意图）
全天侯防风式燃烧器由自吸式混风引燃系统（混风30%~50%）、防风式燃烧器（稳定燃烧器）、蒸汽喷射管和点火嘴等部分组成。燃烧装置是采用直接燃烧荒煤气方式完成荒煤气燃烧过程的。装置结构简单、安装方便、内置导流板防止回火和保证点火成功，以提高燃烧效果。设备投运后海韵公司保证达到环保要求，林格曼黑度≤1，符合《工业窑大气污染物排放标准》。为了确保燃烧器在高温下不变形、材质稳定、延长使用寿命。
拢火及防回火部分巧妙的利用蒸汽完成了放散荒煤气提升及防回火功能,使排放气燃烧更完全、残留的焦炉煤气更少、消除排放气燃烧时产生的烟雾、减少燃烧产物对周围环境的污染。保证了最大排放量下燃烧不脱火、最小量放空及停止放散时不回火；当焦炉煤气放散装置事故放空时，火炬头燃烧器放热在界区层所产生的最大热辐射强度小于1.58kw/m2。
燃烧器是否能保持稳定燃烧首先取决于根据排放气排放量及其它特性计算出来的火炬气出口流速。根据国内外火炬系统设计经验及相关规范，一般火炬排放气出口流速在0.2至0.5马赫内均能稳定燃烧，低热值排放气可控制在0.05至0.2马赫之间，以延长其燃烧时间，确保排放气尽量充分的燃烧。本项目中焦炉煤气出口流速在0.1马赫左右（最大事故排放量情况下）
因此，即使在最大排放量情况下，火焰仍然不会脱火。为防止在最大事故排放式况下仍不发生脱火，在火炬头口还设置有稳火圈：
在火炬燃烧器口设置由耐高温合金构成的S型多孔聚火块（钝体），多个聚合块又形成一个稳火圈，聚火块（圈）是多种稳火装置的综合运用。其作用是在火炬燃烧器出口处建立一个高温燃气回流区作，约束流速可高的排放气，并作为点火源，由于每个聚火块上有孔，可在块后形成回流区，回流来的已燃热气与从小孔出来的混合气接触，靠分子扩散和湍流来输送点火能量，在小孔处形成“袖火”，从而保证火焰的稳定。
此工况下要解决的另一个问题是燃烧充分，残留的焦炉煤气要少，达到国家标准要求。
解决的办法一是尽量增大火炬口径降低流速，以增加排放气与空气混和的时间及距离，但也不能将火炬燃烧器做得太大，一方面是成本增加很高，另一方面是要同时考虑小流量排放的情况：流速太低容易导致回火
在火炬燃烧器结构上有多种方案可以确保排放气与空气充分预混，在本项目中，我公司也采用的专门的稳火圈结构。在火炬头防风罩上设置数组向内倾斜的钝体（S聚火块），并带有一定侧旋角度，它一方面可以使火炬头口的高温燃气向中心回卷，加热火炬头中心温度相对较低的排放气，使之更易燃烧；更重要的作用是其S型旋旋带孔设计可使空气以旋流方式引射向中心，延长空气与排放气混合的时间，增加其混合面，使两者更充分地混合。

4.3、HYDH-20B型高能发生器
4.3.1高能发生器概述及工作原理
通过输入AC220V电源经变压器升压和硅堆整流，成为脉冲直流电向储能电容进行充电，充电至放电管的放电电压时，放电管起弧导通，电容中的储能送至半导体电嘴引起火花放电，用于点火。限流电阻：可用以调整火花频率。泄放电阻：当点火器断电后可迅速耗尽储能电容中的剩余储能，以保证维修安全。保护电阻：用于当电缆或半导体电嘴故障时保护点火枪电路。
适用于锅炉、炼钢炉、煤气炉，石油、化工行业等的燃油、燃气起动点火，可以直接点燃天然气、液化石油气、焦炉煤气、高炉煤气和柴油、重油等油雾。其特点是火花能量大，电嘴发火端的自净能力强，不受环境污染的影响，点火迅速可靠，使用维护方便。
高能点火器为高温型设计，放电管、电容、连接线为高温专用，机壳为双层加隔热材料。点火枪采用德国ECKELMAN公司引进的高温半导体陶瓷电嘴，半导体电嘴电蚀放电，具有火花能量大（20J），起始发火电压低（2500V），耐高温（800～1500℃），自净能力强、不结焦、不积碳的特点，可完成直接点燃荒煤气功能。高压电缆采用我公司在上海沪达高温电缆厂定制的硅橡胶高温电缆（连线）和云母高温电缆（现场前端），并采用双线冗余连接，提高点火可靠性一倍。

4.3.2 技术指标
型 号：HYDH-20B；
输入电压：AC220V±10%，50HZ；
输入电流：≤3A；
输出电压：DC2500V；
产生能量：20~24J；
火花频率：12～17次/秒；
防爆等级：ExdⅡBT4；
点火枪寿命 ：20万次火花；
点火枪中心电路阻值：<0.02Ω；
点火枪发火端耐温：1500℃；（特别提示：德国的最新技术——高温压电陶瓷技术）
防爆专用电缆电路阻值：<0.05Ω
4.4、HYZW-2型火焰检测器：采用感温火焰检测原理；耐温1300℃，灵敏度；5S
采用美国honeywell公司探头及处理器，热电偶采用高温合金铠装热电偶（GH3030）护管保护，安装于燃烧区下部避免高温损坏，延长使用寿命。热电偶火检使用寿命≥3年。

五、钢结构及钢结构制作
5.1钢结构总说明
5.1.1工程说明
本说明依据设计院（图号：415EL13083）的放散塔及鞍山焦耐院的“自动放散点火用放散装置”（图号：415EL13083-2）编制《放散塔钢结构》，我公司既依据本设计图及有关规范、规程编制施工图、组织施工。
5.1.2引用的规范和标准（见1.2 系统设计依据和执行标准）
5.1.3 材料要求
5.1.3.1构件（除栏杆外）采用Q235-B号钢制作，其性能符合GB/T700-1988的规定。
5.1.3.2栏杆采用Q235-AF号钢制造，其性能符合GB/T700-1988的规定。
5.1.3.3焊条采用E4301，E4303型号，焊条性能须符合GB/T5117-1995的规定。
5.1.3.4螺栓性能等级为4.6，采用Q235-B钢制造，螺栓、螺母、垫圈的尺寸及技术条件须符合GB/T5780-2000，GB/T41-2000，GB/T95-2002的规定。
5.2 制造与安装
5.2.1钢结构的制造与安装按《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001的规定进行。
5.2.2构件的拼接应与构件截面等强度。
5.2.2.1焊缝外观检查应符合二级质量标准。
5.2.2.2构件在运输或安装过程中应防止碰伤、变形或捆绑钢绳时勒伤，所有构件在安装时必须严格检查，如有损伤、变形者应及时修补校正。
5.2.2.3所有焊缝的焊接由合格焊工施焊。
5.2.2.4角钢间相互连接填板距离，对于受压构件为40r，对于受拉构件为80r（r为回转半径，T形截面取一个角钢平行于填板的型心轴的回转半径，十字形截面取一个角钢的最小回转半径）。
5.3．钢结构油漆除锈和涂层见下表：

涂 层 结 构
面处理
底漆
中间漆
面漆
修补漆
涂层名称
及型号
氯磺化聚
乙烯底漆
氯磺化聚
乙烯中间漆
氯磺化聚
乙烯面漆
同左各层
采用喷砂除锈达到Sa2─1/2或酸洗
涂层厚度
（um/层数）
40~50/2
30~40/1
60~70/2
130~160/6
5.3.1面漆颜色见建筑图或根据用户要求。
5.3.2柱脚在标高0.150米以下包混凝土宽出钢结构边缘200mm，在标高0.000米以下不刷漆。
5.3.3现场焊缝两侧各50mm及高强度螺栓接头部位在构件安装前暂不涂漆，待现场安装完毕后，在按上述要求补漆。
5.4 放散筒
5.4.1放散烟筒采用Q235-B钢制造，手工焊采用E4301，自动焊采用H08A焊丝与相应焊剂。
5.4.2放散烟筒的联系桁架，平台梁及其支架，梯梁采用Q235-B.F钢制造。
5.4.3烟囱的制作与安装
钢烟囱的制作及安装时将根据吊装能力进行分段，安装时烟囱本体及联系桁架拼装好然后吊装，钢烟囱的管及其联系桁架应同步上升，以保证安装时的整体稳定性。
5.5其他
5.5.1 钢结构的制作、安装和验收除本说明要求外，并符合《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001的规定。烟囱的制作、安装和验收尚符合《冶金设备安装工程施工及验收规范炼铁设备》YBJ208-85的规定。
5.5.2本方案所注标高为相对标高。
5.5.3在绘制钢结构施工图时方案将根据设计图中的内力或购件截面强度进行节点连接设计且留有15%的余量，未注明内力的角钢与节点板连接焊缝长度不小于1.5倍肢宽，并不小于120mm。
六、 系统所需工艺要求：
6.1 用户提供控制系统电源：220V、20A；
6.2 用户提供电源到集中控制柜下端：
6.3用户提供蒸汽主管：管径DN65、蒸汽压力＞0.2Mpa;到放散塔下（即水封阀旁）；接口方式：法兰连接。
6.4 用户提供焦炉集气管主管的压力信号4～２０mA；或者鼓风机出现故障信号（开关量）。
6.5 用户提供所有联络信号到控制柜下端（具体信号见系统图）。
七、系统设备配置要求保证
7.1海韵公司保证设备正常运行、结构及附属配套设备，系统和各控制部分安全可靠，操作部分的设计应合理，便于操作。
7.2海韵公司保证设备具有良好的密封性没有煤气泄漏现象。
7.3 海韵公司保证设备的检测，传输、转换、调节及控制的功能灵敏准确，精确度高，执行机构传动平稳，响应速度快。
7.4 海韵公司保证煤气烧嘴，能确保煤气放散的安全、可靠、充分、低噪音的运行。
7.5 海韵公司保证主点火嘴、立式直管防风式燃烧器不受气候影响，在任何气候条件下均能保证安全可靠的点燃荒煤气，并点火成功率达到100%，重复性达到100%。
八、质量保证
8.1用户有权对海韵公司的产品在制造和试验过程中进行监督和抽查。
8.2海韵公司保证该系统的火焰检测系统，高能点火器保证使用寿命1年，立式直管燃烧器，主点火嘴、煤气烧嘴保证使用寿命10年以上。
8.3海韵公司保证所提供的有气密性要求的设备均作密封性试验，保证所提供的设备没有任何泄漏现象。
8.4 海韵公司熟知焦炉在运行中发生冒火（失火）是常有的事，所以炉顶上专门采用针对焦炉上用的电气设备、所有设备我们全部采取了三级保护措施；控制电缆均用耐温阻燃电缆，HYFH-Ⅲ型的阀门、仪表特种防护罩，执行机构等均是经过公司实践检验的特种定制焦炉上使用的的设备。
九、服务承诺
9.1海韵公司负责对系统设备的指导安装、调试工作。
9.2用户有义务为海韵公司提供施工工作场地，施工所需的水电，以及协调和其他部门的工作联系，并派专门的工作人员协调工作。
9.3海韵公司保证在1年质保期间，如出现故障，我公司在接到用户通知24小时内到达现场免费维护处理（非质量问题收取材料费）。质保期后海韵公司实行收取材料费的服务。
9.4用户为海韵公司现场服务提供必要的现场条件满足放散燃烧点火装置联锁工艺要求。
9.5海韵公司免费为用户培训操作、维修人员。
十、设备资料交付
10.1合同生效后10天内海韵公司向用户提供下列资料各3份（电子版本一份）：
10.1.1设计安装所需的资料；
10.1.2电气控制柜的外形结构，安装尺寸；
10.2设备交付时，海韵公司向用户提供资料清单如下：
10.2.1产品合格证和配套件合格证；
10.2.2产品安装、使用维护说明书一式三份；
10.2.3产品整机的检验报告一份；
10.2.4电气、仪表设备的产品合格证、产品安装、使用维护说明书一份，所选用的CPU的用户手册一份；
10.2.5电气控制系统的一、二次接线图
十一、其它
11.1 附件1：焦炉放散点火系统图
11.2 附件2：防风式燃烧器燃烧示意图
11.3 附件3：电缆的防火穿管示意图
11.4 附件4: 电气原理图