天然气操作手册.doc

玻璃工厂天然气燃烧操作指南
■关于天然气
天然气是一种由碳氢化合物、硫化氢、氮和二氧化碳等组成的混合气体。按其产生条件不同，可分为气田期和油田气两种。天然气的成分按产地和产生条件的不同，成份亦有所不同。气田其主要成分为甲烷（CH4），此外还有少量的烷族重碳氢化合物(CnH2n+2)和硫化氢等。油田气则含有相对较高的烷族重碳氢化合物。以下为两组典型的天然气成分及特性：
A.组分：
天然气
气体组分（按容积计）%
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C5+
O2
H2S
CO2
N2
Ⅰ
98
—
0.3
0.3
0.4
0.2
—
—
1.0
Ⅱ
81.7
—
6.0
4.7
4.9
0.2
—
0.7
1.8
B.特性：
天然气
密度ρ(kg/Nm3)
比重s
热值(kJ/ Nm3)
理论空气需要量
(Nm3/ Nm3)
高热值
低热值
Ⅰ
0.7435
0.5750
40403
36442
9.64
Ⅱ
1.0415
0.8054
52833
48383
12.52

天然气
理论烟气量
(Nm3/ Nm3)
爆炸极限
(空气中体积%)
理论燃烧温度
（℃）
湿
干
上
下
Ⅰ
10.64
8.65
15.0
5.0
1970
Ⅱ
13.73
11.33
14.4
4.2
1986
表中：
Ⅰ为四川干网气。（气田气。经脱硫处理。） Ⅱ为石油伴生气。（油田气）
■关于天然气燃烧
天然气燃烧主要有三种形式：
a． 扩散式燃烧，亦即有焰燃烧。
b． 大气式（部分预混）燃烧，介于有焰和无焰之间。
c． 完全预混式燃烧，亦即无焰燃烧。
各种燃烧形式可以通过燃烧器的结构形式和调节手段得以实现。
火焰特性
各种燃烧形式呈现的火焰特性亦不相同。
ａ．扩散式燃烧是将空气和燃气分别引入窑内，在气体的扩散区域内进行燃烧。因其混合时间相对较长，故而燃烧速度慢，火焰长，火焰软而发飘。但燃气在相对缺氧的条件下得到加热，有析出游离碳原子的机会，因而火焰黑度系数大（可达0.6），辐射能力强。
b．大气式燃烧是将部分空气预先与燃气混合，在混合气喷射出口的刹那间即可开始燃烧。但大部分的燃气仍以扩散燃烧的方式进行。这种燃烧形式的火焰较扩散式燃烧刚性强，火焰更短且易于控制，火焰黑度系数有所下降。
ｃ．完全预混式燃烧是将空气与燃气全部进行预混，混合气喷射出口即可进行完全燃烧。由于燃烧过程是在气体动力区内进行，因此这种燃烧形式的火焰燃烧速度快，火焰短，刚性强，出口温度高。但火焰几近透明，轮廓消失，火焰辐射能力很差。
玻璃熔窑的熔制工艺，要求有稳定、均匀的温度场，较好的火焰辐射能力和较大覆盖面积。同时控制火焰长度，使燃气在熔化池内完全燃烧，以提高燃料的有效利用，减轻对窑体的烧损。通常情况下以b形火焰较为常见。但随着燃烧器结构的改进，也有以a形火焰方式燃烧，同样控制了火焰长度并获得较好的火焰刚性的情况。c形火焰在横火焰玻璃熔窑中是不允许的。
■系统控制
玻璃工厂天然气系统可分为供气系统和燃烧系统两大部分。
供气系统
由工厂及车间两级配气站及连接管网组成。承接天然气公司输入的天然气，对工厂各加热点进行燃气分配，根据工艺要求对各加热点所需流量、压力进行控制调节，确保燃烧需要。
燃烧系统
包括燃烧器、助燃风系统及熔窑上部结构、小炉、蓄热室、烟道等熔窑热工设备。
上述两大系统相关参数的控制，其职能是对天然气进行调压、稳压控制；对各加热点、熔窑各小炉区（每对小炉每侧单独为一个区，6对小炉共12个区）的天然气流量分配、压力控制、调节；各小炉区助燃风量自动跟踪控制；天然气、助燃空气、烟气换向系统控制；窑压控制。除工厂配气站的调压、稳压控制外，其他控制程序均由车间中央控制室内DCS系统执行。
控制参数
（根据各厂具体情况不同，各控制参数会有所不同，以下控制参数仅供参考）
管道压力分布：
天然气公司 0.3~0.35Mpa 工厂配气站 0.19Mpa 车间配气室（调压阀后） 0.05~0.06Mpa 各小炉区（流量调节阀后） 0.02~0.04Mpa 枪前
小炉负荷分配（%）
1# 2# 3# 4# 5# 6#
21~23 20~22 16~18 22~24 16~18 0~5
温度制度
热点 （4#小炉）1595℃ 1#小炉 1500℃
窑压 6~8Pa
各熔窑因密封状况、取压点位置不同等因素制约，窑压控制范围差异较大，宜保持液面处微正压为准。
气氛
1#小炉火焰气氛根据配合料中芒硝含率高低情况确定，芒硝含率较高时，需按还原气氛控制。其他小炉控制为氧化气氛。
各小炉的火焰气氛控制通过空气过剩系数的预先设定来实现。通常设定范围1.01~1.05。
火焰形态
以火焰清亮，轮廓清晰，尾稍干净，有一定刚性，四分之三以上长度紧贴液面，长度控制在火焰末梢离开对面胸墙500mm左右为宜，火根处看不见黑团，蓄热室上部空间看不见混浊的尾气。
助燃风
根据空气过剩系数设定各区控制总量，对各区天然气流量变化实行自动跟踪调节。
换向
天然气换向、助燃风换向、烟气换向联动控制，换向程序及参数控制为：
一侧关火 12sec. 助燃风换向 4sec. 烟气换向 20sec. 另一侧开火
换向间隔时间：20min.
■熔化操作一般原则
1．生产实践中，即便是各系统均处在正常工作的情况下，各控制参数也并非一定都是完全满足的。特别是一些有从属关系、处于从属地位的参数。例如助燃风的流量控制，可能会因燃烧状况的不同而有所变化。
2．操作的首要关键是满足熔化工艺制度，基本项是保证熔窑温度制度和火焰形态的正常。在工艺设计和参数设定合理的前提下，操作工人的技术水平和实际操作经验将起到至关重要的作用。
3．基本项可以通过以下操作得到保证：
选定适当的燃烧器型号，使其燃烧能力与需要负荷相匹配；
加大或减小然气供应量；
调整风火配比；
调整喷枪角度；
选配合适的喷嘴口径及吸风口径；（美国燃烧公司系列枪型）
调整内嘴阀杆开度；（美国燃烧公司系列枪型）
4．最大限度减小对窑体的烧损，控制好火焰长度。其操作是否达到要求，通过测量火稍一侧蓄热室上部空间温度判别。以换火前内墙表面温度1530℃为上限。
5．窑内出现下列异常情况，应采取追火、压火、偏火（两侧火焰不同）等操作予以纠正解决。
泡界线位置波动较大；
泡界线偏斜；
料山跑偏；
料山起堆；
镜面甩泡沫；
后山墙挂料柱；等。
6．非正常情况下的应急操作
非正常情况通常有：外部因素如供气压力突然下降；内部因素如突然停电或倒电出现故障，系统故障如仪表气故障、调压、换向等阀件故障、气动阀及气动仪表用压缩空气供气故障，自控系统失灵等。根据出现情况不同，采取相应的应急操作。不论出现何种情况，采取措施都应该迅速、果断，方法正确，措施得当。例如自控系统失灵时，可采取以下措施：
●将自控断开，系统控制切换为手动。
●迅速组织专业人员查找故障原因，力争尽快排出故障，尽早恢复自控。
●安全阀如因信号错误导致关闭，应立即判明是否有不具备正常燃烧的条件存在，例如：天然气管网压力是否正常、助燃风供气是否中断、燃气与风是否同向等，如无非正常因素，切换手动开启安全阀，恢复正常供气。
●注意观察窑内火焰及枪前压力显示，如火焰异常或压力波动较大，进行手动调节。
●如调压阀无法执行手动，或压力低于调压范围，打开旁通阀，通过另一路调压阀过气。
●手动调压和旁通过气，应由后向前逐级进行。
●流量控制调节改在调节阀手操器上进行，断开自控，将调节模式转换为手动，手动调节流量大小。或将调节阀全开，改在枪前（蓄热室后面的关断阀）调节，根据压力显示和火焰状况，适当关小阀门开度（正常情况下为全开）。
●助燃风调节在换向阀上进行，切换机械——手动传动部分为手动，执行手动操作。（同原有）。
●换火操作：
换火程序与自控程序相同。各部分操作应衔接紧凑、有序。
⑴关闭天然气换向阀前后阀门，通过旁通换向，手动关闭进火一侧换向阀。
⑵手动关闭一侧助燃风换向阀，同时打开另一侧换向阀。应注意：
如在此前调整过助燃风量，开度保持与调整后的开度一致；
因助燃空气换向阀位置距离较远，应组织若干组人员同时操作，由一人负责统一协调指挥，以最大限度缩短操作时间。
⑶助燃风换向完毕，随即进行烟气换向。如自控仍无法执行，断开电控切换为手动，摇动旋转手柄进行烟气换向。（助燃风换向同原有）
⑷确认助燃空气、烟气换向操作全部完毕，窑内气流流动顺畅，手动开启另一侧天然气换向阀。
⑸观察窑内进火情况及火焰燃烧情况，对燃气流量、风火配比等参数再次进行调整，直到符合要求。
●窑压通过断开机械转动、摇旋转手柄调节闸板开度大小，进行手动控制。
●自控恢复后，应注意联上所有断开的部分，重新调整各控制参数，达到正常状态。换火时，应特别注意各联动部分动作是否正确，出现问题及时处理。
■火焰调节一般原则及操作要点
A.影响天然气火焰传播速度的因素：
1.天然气组成中，甲烷含量越高，火焰传播速度越小（因可燃气体中，氢气具有最大的火焰传播速度，甲烷火焰传播速度最小）。
2.可燃气体与空气的混合比，当甲烷在空气中的含量为9.8%时，火焰在空气中传播速度最大。
3.管径：管径越大，火焰传播速度越大，反之越小。
4.可燃气体在混合物中含量越大，传播速度越大。
5.可燃气体或可燃混合物的温度越高，火焰传播速度越大。
6.可燃气体与惰性气体含量有关，惰性气体含量越大，火焰传播速度越低。
火焰燃烧的稳定性：
天然气燃烧可能产生二种异常燃烧的现象：a.脱火，b.回火
当火焰离开燃烧器头部，称为脱火；当火焰进入燃烧器头部，称为回火。
脱火与回火的发生，主要与火焰传播速度有关。不同孔径的燃烧器有不同的稳定区，一般由实验得出。
B.天然气燃烧的火焰及调节
玻璃熔窑对火焰要求是有焰燃烧。
当火焰长时：往往使燃烧产物的废气温度升高，一是增加热损失；二是易烧坏对面砖体及小炉和蓄热室耐火材料。且火焰发飘，使得火焰不贴玻璃液面传热差。
当火焰短时：造成玻璃液沿窑宽方向加热不均匀。
因此，火焰调节应遵循以下原则：
1.对天然气火焰的控制要有适当的火焰长度，以提高火焰对玻璃液面的覆盖面积，通常火焰尾稍距对面胸墙约500-800毫米为好。
2.火焰要有适当的刚度，以便把燃烧带移至接近玻璃液面，克服天然气的火焰发飘烧炉顶这个弱点。
3.火焰应是明亮的、轮廓清晰、尾稍干净，并应力求火焰最大限度地覆盖玻璃液面；
4.减小喷嘴直径，增加燃气流与空气的相交角度可改进混合，缩短火焰，从而会使高温区接近小炉；
5.增加喷嘴直径和减小相交角度具有相反作用；
6.调节喷嘴的角度，使助燃空气控制燃料及其燃烧产物的流向，使火焰紧贴玻璃液面。
7．喷枪枪头采用压缩空气冷却方式加以保护。
8．喷嘴的喷入角度不当（如上倾、下倾不够），将引起燃烧的恶化：
1）喷嘴下倾过大：与助燃风接触差，燃气流易冲在液面或未熔料堆上，玻璃液面上易出现强烈的还原气氛。同时，严重影响天然气与空气的物化反应速度，燃烧减慢，火焰变混拉长，炉温也随之降低。给熔制带来不利影响。
2）喷嘴上倾过大：火焰覆盖面差，亦不利熔化要求。
■燃烧器使用安全操作规程
1．安装喷枪前要对夹持装置反复调试，并用空枪组装检查，务使安装牢固、调节灵活、位置正确、更换方便 。
2．使用喷枪前，应对枪体各部件制造质量及对应各小炉应使用的喷嘴、喷头型号规格做认真检查、编号备用。安装时不得弄错型号规格。
3．每一支正在使用着的喷枪，都应有符合要求的备用件。
4．使用着的喷枪一旦发现继续使用已不能满足熔制要求时，应用备用喷枪及时替换；并将撤下的喷枪放在安全通风处，待冷却后进行修理或更换配件。
5．发现正在喷射天然气燃料的喷枪出现夹持装置松动或调节困难甚至不安全时，应先将嘴前天然气阀关闭，切断天然气后，再取下喷枪按要求对枪体和夹紧装置进行检查或调整。
6．发现嘴前天然气管路或阀件漏气或着火，应切断嘴前气源、并用消防器械灭掉火源再做处理。
7．喷嘴砖应保持完好。一旦发现喷嘴砖烧损应及时修复，必要时应更换新的喷嘴砖。
8．经常清理喷嘴砖上的积留物，以免影响火焰喷射。
■过大火
过大火前的准备工作
1、确认所有输气管网及配气工程全部施工完毕，并按规范要求组织验收合格，达到规范标准，符合设计要求，所有遗留问题全部整改完毕。
2、整厂所有管道进行吹扫，试压、试漏无问题。
3、仪表用压缩空气（净化压缩空气）管道吹扫，试压、试漏应在换向前无问题，以保证气动阀门和气动仪表的正常供气。
4、自控系统安装、调试完毕，单台、联动式车无问题，天然气、助燃风换向动作到位、方向无误。
5、通气前，仔细检查是否有开着的或关闭不严的检查孔、操作孔等。
6、对各类阀门从最高限位到最低限位逐一进行调试检查，对运行不灵、有卡阻、阀芯旷动、有异响等品质不良的阀门，必须更换。检查完毕，关闭所有阀门。
7、点火前24小时，开始假换火，每20分钟一次，800℃后每15分钟换向一次。
8、气体置换：确信管网内部不存在火种，打开放散阀，开启管路阀门，直接用天然气将管内空气赶排出去，进行气体置换（由于试压气为N2,此步骤可适当简化）。
气体置换注意事项：
⑴气体置换从前向后分级进行。通常设置为三级：工厂配气站为一级，车间配气室为二级，两侧小炉区管网（即管网系统末端）为三级。上一级置换完后，才可进行下一级置换。
⑵阀门应缓慢开启，开始过气后，随着置换过程逐渐开大，以减小气流冲击。
⑶旁通阀同时打开过气，必要时，可通过调节主管和旁通管流量大小，交替过气。
⑷先低压过气，逐渐升压至压力不小于正常工作时的管道压力，在此压力下维持过气过程，直至置换完毕。
⑸气体置换标准：以燃气中氧含量≤1%为合格标准。
⑹气体置换达到标准后，关闭放散阀，气体置换完成。管路气体保压。
⑺气体置换在过大火前6小时完成。
9、过大火前2小时，天然气送到枪前。
10、安装好两侧小炉天然气喷枪，并调好角度，配好型号。
11、再次检查换向系统天然气和助燃风方向是否一致，确认无误。
12、若天然气自控未调好，走旁通过火。
13、窑压控制为过大火前21pa。
14、各分支烟道开度控制（保持原位不变）：
1# (40°) 2# ( 40)° 3# (45°) 4# (50°) 5# ( 45°) 6# ( 30°)
16、各岗位操作人员进入岗位待命。
过大火操作
1、由一人统一组织指挥，各岗位分工明确，各负其责，并服从指挥。
2、过火一侧开启1﹟、4﹟、7﹟、10﹟、13﹟、16﹟天然气喷枪。应注意：
⑴开启喷枪从前向后逐只进行；
⑵开火的同时，窑前进行密切观察，如枪未点燃，立即关闭切断气源。重新调整窑内气氛，再行过火。
⑶在开火过程中应注意观察喷枪口， 如发现有火焰溢出，说明喷枪与喷嘴砖对位不准，应关闭阀门停火，重新调整喷枪位置，确认对位准确后，再行过火。如属窑压过大致使火焰溢出，可适当降低窑压。
3、点火后，火焰长度控制不超过窑宽2/3，且控制为还原焰，但窑内不能冒黑烟。
4、点火后，采用打开自然通风盖通风，也可气动助燃风机，但风量开度要小。
5、在点火前，需逐个关掉熔化部原重油喷枪。
6、点火20分钟后，进行第一次换火。关火后，先进行助燃风、烟气换向，开启另一侧换向阀，按点火方法，逐只开启另一侧3#、6#、9#、12#、15#、17#天然气喷枪。
7、换火过来后，如喷火无问题，组织拆除熔化部原重油喷枪。
8、根据温度情况调整风火配比，适时增加喷枪数量，直至全部喷枪投入工作，并严格按升温曲线升温。
9、过大火后，燃烧系统及熔窑控制要尽快投入自控。
10、换火时间控制为20分钟一次。
■天燃气的安全操作
天然气是可燃性气体和惰性气体的混合物，其组成中有些是有毒性的，当泄漏量增大，毒性就表现出来，其中毒特征为头痛、 头晕 、精神疲倦等。
在天然气组成中，甲烷（CH4）无毒，但能使人窒息，重碳氢化合物（CmHn）有毒，一氧化碳(CO)有巨毒，硫化氢(H2S)能令人窒息死亡，二氧化碳(CO2)令人窒息迅速，二氧化硫(SO2)令人中毒可至死亡。
防止中毒方法
1.天然气管道、零件、阀门等设备安装好后，必须进行严密性实验并保证其严密性；发现漏气立即修复不马虎。
2.燃烧要正常，清除不完全燃烧情况，对漏出的天然气或不完全燃烧产物，由厂房中迅速排除出去（免在空气中形成有毒浓度和爆炸浓度）。
3.保持室内的良好通风。
4.培训天然气技术人员，专门管理天然气的工作。切勿使用无天然气知识的人员担任管理天然气的工作。
5.修理天然气管道和设备时应切断天然气供应，以免出事故，如必须带气操作时，应带特制的防毒工具，并有安全人员在现场指导工作。
天然气的爆炸条件及其预防
1.如果天然气与一定量的空气混合并充满在封闭的容器中，如房间、燃烧设备或管道中就形成了爆炸的条件，如果遇到火源即可引起爆炸。
2.但天然气只有在爆炸浓度上、下限之内（为空气中有5%-15%的CH4）才可能产生爆炸。为防止产生爆炸，只要防止天然气管道及其设备漏气，使用天然气房间具有良好的通风条件，防止到达爆炸浓度的上下限，爆炸是完全可以避免的。
工厂内可能出现爆炸的几种情况
1.天然气管道内爆炸：
只能是空气侵入天然气管道，且管道内有火种。一般空气不能侵入天然气管道内，只有管道内天然气供应不足产生负压时，空气就可能侵入天然气管道内。
为避免这种危险，天然气管道内的压力不能低于20毫米水柱，同时必须经常检查压力变化，掌握用气情况。
必要时停止用气，切勿用气焊切割和修补天然气管道，尤其天然气管道内压力极低的情况下。
2.燃烧室和烟道内的爆炸：
由于喷嘴上开关闸门未关紧，或阀门质量差关不紧，或被碰开，或是操作不熟练，未给火就先开开关，使天然气漏入冷的或烧得不够热的炉内或烟道内，这样炉内和烟道内就形成了有爆炸危险的天然气空气混合物，这时当点火棒引入炉内即行爆炸。
为消除这种爆炸的可能性，加热炉在点火前，应检查所有天然气开关是否关闭。炉内有无天然气。如有，不宜点火；如是混合燃烧器，需将所有喷嘴上的空气开关开启，并开启烟道闸门后，再将鼓风机开动，以便吹扫炉膛和烟道，并应打开闸门，点火时，门前不得站人。
为减少炉子发生意外爆炸，可在炉子隐蔽处设防爆门。每立方米炉膛容积，其防爆面积应不小于200-250平方厘米。
3.空气管道内爆炸：
使用机械送风的燃烧器的进风管道，在鼓风机停止工作时，空气管道内压力迅速降低，这时天然气可能流入管道内，形成有爆炸性混合物。所以在使用时，如果遇到鼓风机停止工作，应立即将炉子上所有的天然气开关关闭，同时也将空气管道上的开关关闭。
4.厂房内的爆炸：
当天然气漏入到封闭的或通风不良的厂房内，就可能形成爆炸性混合气体。在这种情况下，如遇火种，就会发生爆炸，因此必须防止天然气泄漏的发生，经常保持厂房的良好通风。
■玻璃厂天然气操作安全制度
点火前对天然气管路燃烧系统的安全设施作全面的安全性检查，合格后方可点火。
1.点火
先点火、后开气，先开小、渐开大，点火时应站在管口侧面或后面，不得面对烧嘴管口点火，不得对着风向点火，不得在炉内点火，应在炉外点燃后再放入炉内。
当第一次点火未点燃时，立即把点火杆取出，开动鼓风机将炉内气体排除后，再按上述过程重新点火。
2.熄火
1） 停炉熄火：应关好闸阀，并把天然气烧嘴拿出炉外，以防闸阀漏气引起事故。
2） 偶然性熄火：因温度过低（天然气着火温度以下），由于天然气压力过大，或一次风过大时，会出现熄火。此时应立即关好闸阀，把天然气烧嘴拿出炉外，并等一段时间或用风扇吹，使炉内未燃的天然气排出炉外，再按点火操作进行点火。
3.正常操作
炉温、炉压、抽力和流量和天然气压力等应控制在一定范围内，以炉温为中心，原则上是以调整天然气压力（流量）来达到温度的稳定。并每小时检查一次火焰，化料情况和仪表等设备的运转情况。
4.做好技术记录
值班人员每小时按记录表要求如实做好运行记录。当班出现的问题及处理过程简要记载。
5.值班现场
值班控制室严禁烟火，非工作人员严禁入内，要保证值班室随时有人，不准全部离开。
6.维护保养
组织专人负责维护检修，定期检查，发现问题及时检修，随坏随修，保证设备的正常与安全运行。
8.事故处理
1） 当发生爆炸、火灾等意外事故时，应当即刻关掉控制室的总闸阀，切断气源，然后进行抢救和报告。
2） 仪表、电器等出现故障或动作失灵时，应首先切断电源，然后用手动操作，并及时检查修理和报告领导。凡出现的任何事故均应做好记录。
3） 当压力不稳定和突然停气等情况出现时，应向天然气站联系，了解情况，并报告领导。同时做好停气后的准备工作。即降低总闸板，关闭助燃空气等。
9.交接班制度
交接班前应提前一刻钟到现场，对设备、仪表、运行记录、熔窑等进行现场交接，做到“上不清，下不接”，不得马虎走过场。
交接班后，上 、下班的班长要共同签字。
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