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摘要：为进一步提升焦炉气制甲醇生产效率和安全性，以某化工企业甲醇生产线火炬系统的现存问题作为研究案例，基于自动控制原理和方法，利用PLC技术对焦炉气制甲醇生产过程中的火炬系统进行全方位的技术改造，并探究其安全防护措施。预计，本次技术改造将进一步提升该企业火炬系统的运行质量，有助于进一步推动焦炉气制甲醇生产线的稳定高效运行。
关键词：焦炉气；甲醇生产；技术改造；火炬系统
0引言
为降低焦炉煤气排放造成的环境污染和资源浪费等问题，当前焦炉气制甲醇成为多家化工企业重点研究的一项内容。在该工艺中，通常通过焦炉煤气净化、焦炉煤气重整、甲醇合成和甲醇精馏4个步骤实现。该工艺流程中火炬系统是不可或缺的一个组成部分，其承担着热能回收、安全排放和确保炉内压力平衡等多方面的重要作用。因此，提升焦炉气制甲醇环节的效率和质量，其关键则在于对火炬系统进行技术改造研究。
1项目概况
某化工企业拥有年产48万t甲醇生产线，在该生产线中，主要采用焦炉气制甲醇技术模式，每年可消耗该企业焦化车间焦炉煤气达2亿m³以上，其环保效益和经济效益均较为突出。从具体工艺流程分析，该企业甲醇生产车间的装置工艺流程如下:对焦炉煤气进行脱除大分子杂质操作，并依次经过干式螺旋气柜和焦炉煤气压缩机，进行加压脱除硫化氢等操作;对焦炉煤气中残余的部分有机硫化物进行加氢处理，对焦炉煤气进行脱硫，使之总硫含量不足4mg/m³;对脱硫后的煤气，按照化学计量比充入蒸汽，使两种组分混合均匀，并将其加热到650℃，至纯氧转化炉中进行转化反应，得到转化气后，进行加压，并将其送入合成工序;将反应后的合成气进行冷却，降温至40℃后分离得到粗制甲醇;对粗制甲醇进行闪蒸、加压等操作得到精制甲醇12。具体合成工艺流程如图1所示。
在该生产工艺流程中，火炬系统在多个工艺环节均发挥作用，主要表现为以下3个方面:一是对焦炉气燃烧释放的热能进行回收利用，降低生产中的热能消耗;二是对焦炉气中的一氧化碳等有害物质进行燃烧转化;三是通过控制焦炉气的排出，保持炉内的压力平衡。该企业现有的火炬系统中，高度达到60m，采用3座互为120°的塔架予以支撑。在该系统运行·过程中，主要针对甲醇制造生产线上产生的各种副产物气体进行燃烧处理，将副产物气体全部转化为无害的二氧化碳和水等组分后排入空气中[3-4]←。火炬系统的整体工艺图则如图2所示。
在当前的运行过程中，经过技术部门综合分析后，确定火炬系统仍存在以下几方面的问题:其一，火炬系统与甲醇生产车间的距离超过2km，但仍然基于人工调节模式控制火炬水封罐液位，对于特殊情况的调节能力不足，需采用自动控制模式进行改进;其二，该火炬系统的煤气管道规格为DN50，气源为未处理的焦炉煤气，由于既有系统未考虑疏通措施，当前部分管线已出现堵塞现象，需对点火器进行优化调整。对此，技术部门决定对火炬系统进行优化改造。
2火炬系统优化调整策略
2.1高空点火器的优化改进
在综合分析火炬系统的运行情况后，首先对高空点火器进行优化改造，其主要目标是，确保高空点火器在无引火燃气的条件下即可启动火炬系统，且点火器材料应当具有耐高温的能力。对此，综合对比各类高空点火器的工艺参数后，选取WF-DH型高空点火器，其主要参数如表1所示。
在此基础上，为本次WF-DH型高空点火器配备型号为WF-SY的电极石英绝缘子，其同样具有较高的高温耐受能力，且在1 200℃下骤冷至常温的极端工况下不会发生损坏。
2.2引入自动控制系统
为有效解决传统人工控制模式存在的困难和问题，本次决定应用自动控制系统，对火炬系统进行自动控制。综合考虑实际情况后，本次确定选用西门子S7-1200型PLC，同时设置以下几类控制信号：DI控制信号，主要用于调节阀的远程开关控制；AI信号，主要用于对水封槽液位、火炬头温度、分液罐进口压力、分液罐液位和低压伴热蒸汽流量的监测与控制；AO信号，主要用于对调节阀的开度大小进行控制；DO信号，主要针对点火器的点火控制。
据此，以PLC为核心，并参考上述输入输出端口分配情况，根据实际需要输出不同的信号，由此设计电气部分的接线图如图3所示。
基于该电气接线方法，在系统实际运行过程中，PLC即可根据采集到的数据进行自动分析处理，将采集到的数字量或模拟量全部转换为数字量输出，以此实现对执行机构的有效控制。
2.3对火炬系统提供的反应压力进行调整
由于本生产线中，焦炉气制甲醇所需的反应压力主要由火炬系统提供，因此技术人员在该环节研究中，应用化学平衡相关理论和实验方法，重点分析在改变反应压力的情况下，焦炉气中甲烷组分含量及其转化效率是否随之发生显著变化。在控制反应温度为950℃的前提下，分析不同反应压力的影响，分析结果如图4所示。
根据图4可知，随着反应压力的逐步提升，焦炉气中甲烷组分体积分数及其转化效率两项指标的变化大相径庭，其中前者呈现出显著下降趋势，而后者则加速上升。相对而言，前者所受的影响程度相对较低，据此推断，为确保甲烷得到充分转化分解，不应过度提升反应压力，需将反应压力控制在1.8 MPa以下，以确保甲烷组分体积分数始终处在低于0.4%的低水平，使之对合成气的负面影响降至最低。因此，技术人员对火炬系统的PLC控制模块进行调整，确保其输出的压力始终在1.8 MPa以下。
3火炬系统安全防护措施
为提升火炬系统在改进后的运行安全性，技术部门从以下几个方面入手，对安全防护措施进行制定：首先，系统配备了可监控燃料气压力的传感器型开关。无论何时，当燃料气的压力处于预设值以下时，可编程逻辑控制器（PLC）都将接收到传感器发来的异常信号。此时，控制柜面板上的指示灯和燃料气控制阀均处于关闭状态，以确保操作人员在安全模式下进行故障分析与排除。其次，该系统配备了热电偶，用于监测火炬长明灯的运行状况。一旦长明灯意外熄灭，自动点火程序将自动启动。如果点火多次失败，系统也会关闭燃料气控制阀，以确保安全运行。此外，现场操作柜还设置了可靠的接地装置。放空气管道和燃料气管道之间设有静电跨接线，以防止静电积聚和电火花的产生。
4结语
整体来看，在本次研究工作中，针对某化工企业在火炬系统运行中存在的不足，基于自动控制原理对火炬系统进行改造。在火炬系统改造完成后，可以实时监测火炬现场设备运行情况，可以及时发现任何情况，降低了事故发生的可能，同时其对于焦炉气制甲醇的效率提升也将发挥一定作用，有利于整条生产线的高效稳定运行。
参考文献
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