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摘 要：以中国石化武汉分公司80万吨/年乙烯工程热电联产装置为实例，分析和介绍了燃油燃气锅炉燃烧器的泄漏试验、气/油燃烧器控制、辅助控制的控制条件及过程，并就如何调整优化控制联锁逻辑，提出设计方案。
关键词：燃烧器控制 泄漏试验 MFT
应经济高速发展的巨大需求，近年国内大型石油化工项目不断开工建设，作为大型化工装置的主要动力源：蒸汽，其供给是否稳定可靠直接影响下游化工装置的生产运行。蒸汽的来源，各种类型的锅炉在化工装置建设的同时配套建设。由于蒸汽是诸多化工装置投产的必要条件，所以锅炉的建设周期相较其它化工装置要更短，相应地留给控制系统调试时间也很短，因此，在设计阶段时，合理设计其控制联锁方案显得尤为重要。
中国石化武汉分公司80万吨/年乙烯工程热电联产装置项目配设了3台360t/h 超高压CFB锅炉以及1台180t/h中压燃油燃气辅助锅炉，本文对其中的燃油燃气锅炉燃烧器系统的控制联锁方案以及设计阶段中对方案所做的部分优化调整做一番分析和阐述。
一、系统概述
本燃烧器系统主要流程如图1所示（未体现必要的就地仪表及手动阀门）：
图1
本锅炉配设6台启动燃烧器，燃烧器可以燃烧天然气和柴油。当燃烧天然气时，先用点火枪点燃点火气嘴，再由点火气嘴的火焰点燃主气嘴。当燃烧柴油时，用点火枪直接点燃油枪。
每台燃烧器设1台就地控制柜，共6台。就地控制柜用于集中和转接现场设备的状态信号，并将信号以硬接线的方式引至锅炉的DCS系统，同时接受来自DCS的控制指令。就地控制柜的控制面板上设置相关被控设备的单步操作按钮、状态指示灯、就地/程控切换开关以及主燃料跳闸（MFT）信号指示灯。
单个就地控制柜对应的主要被控设备有：燃气阀1&2、支管燃气排空阀、支管燃气吹扫阀、点火枪推进器、点火器、点火阀、支管油阀、油吹扫阀、油雾化阀、火焰检测器等。除上述被控设备外，系统主管路上的主燃气阀、主管燃气排空阀的控制纳入1#燃烧器就地柜内，点火燃气阀、点火管路排空阀的控制纳入2#燃烧器就地柜内，主油阀、点火管路吹扫阀的控制纳入3#燃烧器就地柜内。
二、控制功能
本系统燃烧器的控制主要包括系统泄漏试验、燃烧器启停控制及辅助设备控制。
1.泄漏试验
天然气作为此锅炉的主要燃料之一，由于其具有易燃易爆的特性，为了锅炉的安全生产，必须在气燃烧器点火前对燃气管路进行泄漏试验。各燃烧器的泄漏试验条件如下：
a.主管路燃气压力不低（主管燃气压力低开关不动作）；b.主管路燃气阀关闭；c.主管路排空阀关闭；d.燃气阀1和燃气阀2关闭；e.燃气排空阀关闭；f.点火燃气阀关闭；g.所有其余支管路燃气阀和排空阀关闭；h.支管路燃气压力变送器压力值为零；i.全炉膛无火。
待上述所有条件满足时，打开主管路燃气阀（该阀在保留当MFT动作时关闭阀门功能的前提下，设置强制打开功能，以保证泄漏试验能够正常进行）。当进行泄漏试验的燃烧器其燃气阀1前分层母管上的压力大于0.1MPa时，关闭主管路燃气阀，打开试验支管的燃气排空阀，1min后关回，然后开始计时，3min后，若燃气阀1后管路上压力未升至设定值0.02MPa，则表示燃气阀1的泄漏试验通过。
燃气阀1的泄漏试验通过后，打开燃气阀1，30sec后关闭燃气阀1。开始计时，并记录稳定的支管路的压力值。经过2min后，若此支管路上的压力未降至设定值0.08MPa，则表示燃气阀2泄露试验通过。
若燃气阀1和2泄露试验均通过，则表明相对应的燃烧器泄漏试验成功。
2.气燃烧器启停
2.1点气允许条件：a.控制柜电源正常；b.主燃气阀&点火燃气阀开位；c.主燃气排空阀关位；d.点火阀关位；e.无MFT；f.气火检无火；g.燃气压力正常；h.燃气阀1和2关位；i.点火管路排空阀关位；j.支管燃气排空阀开位；k.所有燃烧器泄露试验成功；l.炉膛吹扫完成。
在原设计方案中，当单台燃烧器泄漏试验成功后即可点火投用此台燃烧器。此种控制方案，无法保证在点通过泄漏测试的燃烧器时其余所有燃烧器均无泄漏。此时，若其余燃烧器存在泄漏情况，则炉膛内可能会积聚较多的天然气，在点燃点火气嘴时，可能会产生炉膛闪爆的情况。为了保证人员和设备的安全，在燃烧器点气允许条件判断时，采用所有6台燃烧器泄漏试验均成功作为投用首台燃烧器的点火允许条件更为合适。
但在实际生产过程中，出现吹扫完成后首次投燃烧器点火不成功的情况也比较常见。吹扫完此燃烧器管路后若对所有燃烧器再全部都进行泄漏试验，时间要求太长（此燃烧系统泄漏试验耗时约为2小时）。为了节约时间和生产成本，在此种情况下旁路点气允许条件中的“所有燃烧器泄漏试验成功”，将每台燃烧器的泄漏试验均加设旁路（如图2所示），业主可以根据自身的实际情况，在保证安全的前提条件下，选择切除其中一台或几台燃烧器的泄漏试验。
图2
2.2点气允许条件满足后，按以下顺序启动点火过程：a.开支管路燃气吹扫阀，30sec后關闭支管燃气吹扫阀；b.进点火枪；c.启动点火器；d.开点火阀；e.延时5sec后进行判断：火检若无火，停止点火过程，切断燃料供给；反之，继续下一步；f.关闭燃气排空阀；g.开燃气阀1、燃气阀2；h.若气火检无火，点火过程失败，并切断燃料供给；反之，关闭点火阀。
2.3停止燃烧器：a.关燃气阀1、燃气阀2，开支管燃气排空阀；b.开支管路燃气吹扫阀，1min后关闭燃气吹扫阀。
2.4主燃气阀开启条件：a.无MFT；b.主管燃气压力正常；c.仪表空气压力正常；d.所有支管燃气阀吹扫阀关闭；e.就地柜电源正常；f.无气燃烧器在位；g.所有支管路燃气阀关闭；h.炉膛吹扫完成；i.送风机运行。 3.油燃烧器启停
3.1点油允许条件：a.控制柜电源正常；b.主油阀开位；c.支管路油阀关位；d.支管路油雾化阀关位；e.无MFT；f.油火检无火。
3.2点油允许条件满足后，按以下顺序启动点火过程：a.第一次进点火枪；b.第一次启动点火器；c.开油吹扫阀，阀开到位后吹扫10sec，然后关吹扫阀；d.第二次进点火枪；e.第二次启动点火器；f.开油阀和油雾化阀；g.延时10sec后进行判断：若火检无火，停止点火过程，切断燃料供给，显示顺控点油失败；反之，则表明顺控点油成功。
在顺控点油的过程中，油阀和雾化阀的投用顺序需要被考虑。在原设计方案中，第二次启动点火器后，油阀和雾化阀同时开启，此方案经与业主、DCS厂家讨论并借鉴其它类似燃烧器生产改造经验后，改为先打开油雾化阀，雾化阀开到位后延时5sec再开油阀。
优化后的控制方案在较大的程度上避免了由于燃油未能雾化造成无法点燃以及由于雾化不充分引起的燃烧冒黑烟的情况的发生。
3.3停止油燃烧器：a.关油阀和油雾化阀；b.进点火枪；c.开点火器；d.开油吹扫阀；e.3min后关油吹扫阀。
停油燃烧器时，进点火枪、开点火器的作用与顺控启油燃烧器时的第一次进点火枪、第一次开点火器相同，均是为了燃尽积聚的残留燃油，保证生产的安全。
3.4主油阀开启条件：a.无MFT；b.压缩空气&仪表空气压力正常；c.燃油主管压力正常；d.所有支管油阀&雾化阀&油吹扫阀关闭；e.就地柜电源正常；f.无油燃烧器在位；g.炉膛吹扫完成；i.送风机运行。
4.辅助设备控制
燃烧器系统主管路上各监控项的状态是否正常直接影响燃烧器能否正常投用。主管路上需控制的主要设备除了上面已经阐述过的主油阀、主气阀外还包括主燃气排空阀、点火燃气阀、点火管路吹扫阀、点火管路排空阀等。此部分阀门的控制在保证必要的安全互锁的前提下，基本采用运行人员在DCS画面上进行单操的方式，只对点火主管吹扫增加顺控逻辑：吹扫启动→关闭点火燃气阀→开点火主管排空阀→开点火主管吹扫阀→吹扫30sec后复位。
此台锅炉的6只燃烧器分层布置，1#、2#、3#燃烧器为一层，4#、5#、6#为另一层。当燃烧天然气时，通过控制分层母管上的燃气压力调节阀的开度来调节上下层燃烧器的负荷。当分层母管上的低压力开关动作时，操作人员可以手动切除相应的燃烧器来平衡母管压力，如果切除了足够的燃烧器后母管压力还是不能稳定在工艺值，或者外系统突然停气，且此时无油燃烧器在位，则主气母管低压力开关动作（3取2），MFT动作。当燃烧柴油时，则通过调节回油总管的调节阀开度来控制供油总管压力和回油流量。与燃烧天然气时相同，若柴油主管压力低低，且无气燃烧器在位，则MFT动作。
三、与燃烧相关的其它控制
在锅炉的控制回路中，与燃料量控制密切相关的主要有锅炉负荷调节以及送风量控制。锅炉负荷的变化直接影响锅炉投料量，燃料量的变化又直接影响燃烧所需风量的调整。此项目中，锅炉负荷主要由锅炉出口的蒸汽压力来体现，通过建立协调控制，计算确定所需的风量和燃料量。协调主控的输出指令与燃料量需求的风量进行高选后经氧量修正，作为风量调节器的给定值；同时主汽压调节器的输出与实际风量需求的燃料量进行低选，作为燃料量的给定。合理的风料配比以及平滑的负荷调整能很好地降低锅炉能耗。
四、结束语
与各方工艺人员的沟通和配合是完善控制设计方案的重要手段。熟悉工艺流程，了解生产需求，在满足安全的前提下精简优化控制方案能有效地避免生产安全事故、提高生产效率，同时也能更好地保证所有设备的使用寿命，使安全和效益达到最大的平衡。
参考文献：
[1]陆德民，张振基，黄步余.石油化工自动控制设计手册[M].3版.北京：化学工业出版社，2000.
[2]厉玉鸣.化工仪表及自动化[M].4版.北京：化学工业出版社，2008.
[3]潘笑.化工仪表及自动化[M].北京：中国电力出版社，2004.
[4]白建云，杨晋萍.程序控制系统[M].北京：中国电力出版社，2006.
[5]陈公凯.电站锅炉燃烧自动系统协调优化控制策略的研究[D].山东.山东大学.2009.
[6]無锡华光锅炉股份有限公司.UG-160/2.45-YQ 锅炉说明书 92H-SM1C[Z].2010.
[7]徐州燃控科技股份有限公司.中国石化武汉分公司80万吨/年乙烯工程热电联产装置160t/h燃油气锅炉《启动燃烧器及就地控制系统》[Z].2011.
[8]徐州燃控科技股份有限公司.中国石化武汉分公司80万吨/年乙烯工程热电联产装置160t/h燃油气锅炉FSSS逻辑图[Z].2011.
作者简介：马海珊（1985—），女，工程师，现就职于中国联合工程公司，从事热电厂仪控设计工作。
关键词：燃烧器控制 泄漏试验 MFT
应经济高速发展的巨大需求，近年国内大型石油化工项目不断开工建设，作为大型化工装置的主要动力源：蒸汽，其供给是否稳定可靠直接影响下游化工装置的生产运行。蒸汽的来源，各种类型的锅炉在化工装置建设的同时配套建设。由于蒸汽是诸多化工装置投产的必要条件，所以锅炉的建设周期相较其它化工装置要更短，相应地留给控制系统调试时间也很短，因此，在设计阶段时，合理设计其控制联锁方案显得尤为重要。
中国石化武汉分公司80万吨/年乙烯工程热电联产装置项目配设了3台360t/h 超高压CFB锅炉以及1台180t/h中压燃油燃气辅助锅炉，本文对其中的燃油燃气锅炉燃烧器系统的控制联锁方案以及设计阶段中对方案所做的部分优化调整做一番分析和阐述。
一、系统概述
本燃烧器系统主要流程如图1所示（未体现必要的就地仪表及手动阀门）：
图1
本锅炉配设6台启动燃烧器，燃烧器可以燃烧天然气和柴油。当燃烧天然气时，先用点火枪点燃点火气嘴，再由点火气嘴的火焰点燃主气嘴。当燃烧柴油时，用点火枪直接点燃油枪。
每台燃烧器设1台就地控制柜，共6台。就地控制柜用于集中和转接现场设备的状态信号，并将信号以硬接线的方式引至锅炉的DCS系统，同时接受来自DCS的控制指令。就地控制柜的控制面板上设置相关被控设备的单步操作按钮、状态指示灯、就地/程控切换开关以及主燃料跳闸（MFT）信号指示灯。
单个就地控制柜对应的主要被控设备有：燃气阀1&2、支管燃气排空阀、支管燃气吹扫阀、点火枪推进器、点火器、点火阀、支管油阀、油吹扫阀、油雾化阀、火焰检测器等。除上述被控设备外，系统主管路上的主燃气阀、主管燃气排空阀的控制纳入1#燃烧器就地柜内，点火燃气阀、点火管路排空阀的控制纳入2#燃烧器就地柜内，主油阀、点火管路吹扫阀的控制纳入3#燃烧器就地柜内。
二、控制功能
本系统燃烧器的控制主要包括系统泄漏试验、燃烧器启停控制及辅助设备控制。
1.泄漏试验
天然气作为此锅炉的主要燃料之一，由于其具有易燃易爆的特性，为了锅炉的安全生产，必须在气燃烧器点火前对燃气管路进行泄漏试验。各燃烧器的泄漏试验条件如下：
a.主管路燃气压力不低（主管燃气压力低开关不动作）；b.主管路燃气阀关闭；c.主管路排空阀关闭；d.燃气阀1和燃气阀2关闭；e.燃气排空阀关闭；f.点火燃气阀关闭；g.所有其余支管路燃气阀和排空阀关闭；h.支管路燃气压力变送器压力值为零；i.全炉膛无火。
待上述所有条件满足时，打开主管路燃气阀（该阀在保留当MFT动作时关闭阀门功能的前提下，设置强制打开功能，以保证泄漏试验能够正常进行）。当进行泄漏试验的燃烧器其燃气阀1前分层母管上的压力大于0.1MPa时，关闭主管路燃气阀，打开试验支管的燃气排空阀，1min后关回，然后开始计时，3min后，若燃气阀1后管路上压力未升至设定值0.02MPa，则表示燃气阀1的泄漏试验通过。
燃气阀1的泄漏试验通过后，打开燃气阀1，30sec后关闭燃气阀1。开始计时，并记录稳定的支管路的压力值。经过2min后，若此支管路上的压力未降至设定值0.08MPa，则表示燃气阀2泄露试验通过。
若燃气阀1和2泄露试验均通过，则表明相对应的燃烧器泄漏试验成功。
2.气燃烧器启停
2.1点气允许条件：a.控制柜电源正常；b.主燃气阀&点火燃气阀开位；c.主燃气排空阀关位；d.点火阀关位；e.无MFT；f.气火检无火；g.燃气压力正常；h.燃气阀1和2关位；i.点火管路排空阀关位；j.支管燃气排空阀开位；k.所有燃烧器泄露试验成功；l.炉膛吹扫完成。
在原设计方案中，当单台燃烧器泄漏试验成功后即可点火投用此台燃烧器。此种控制方案，无法保证在点通过泄漏测试的燃烧器时其余所有燃烧器均无泄漏。此时，若其余燃烧器存在泄漏情况，则炉膛内可能会积聚较多的天然气，在点燃点火气嘴时，可能会产生炉膛闪爆的情况。为了保证人员和设备的安全，在燃烧器点气允许条件判断时，采用所有6台燃烧器泄漏试验均成功作为投用首台燃烧器的点火允许条件更为合适。
但在实际生产过程中，出现吹扫完成后首次投燃烧器点火不成功的情况也比较常见。吹扫完此燃烧器管路后若对所有燃烧器再全部都进行泄漏试验，时间要求太长（此燃烧系统泄漏试验耗时约为2小时）。为了节约时间和生产成本，在此种情况下旁路点气允许条件中的“所有燃烧器泄漏试验成功”，将每台燃烧器的泄漏试验均加设旁路（如图2所示），业主可以根据自身的实际情况，在保证安全的前提条件下，选择切除其中一台或几台燃烧器的泄漏试验。
图2
2.2点气允许条件满足后，按以下顺序启动点火过程：a.开支管路燃气吹扫阀，30sec后關闭支管燃气吹扫阀；b.进点火枪；c.启动点火器；d.开点火阀；e.延时5sec后进行判断：火检若无火，停止点火过程，切断燃料供给；反之，继续下一步；f.关闭燃气排空阀；g.开燃气阀1、燃气阀2；h.若气火检无火，点火过程失败，并切断燃料供给；反之，关闭点火阀。
2.3停止燃烧器：a.关燃气阀1、燃气阀2，开支管燃气排空阀；b.开支管路燃气吹扫阀，1min后关闭燃气吹扫阀。
2.4主燃气阀开启条件：a.无MFT；b.主管燃气压力正常；c.仪表空气压力正常；d.所有支管燃气阀吹扫阀关闭；e.就地柜电源正常；f.无气燃烧器在位；g.所有支管路燃气阀关闭；h.炉膛吹扫完成；i.送风机运行。 3.油燃烧器启停
3.1点油允许条件：a.控制柜电源正常；b.主油阀开位；c.支管路油阀关位；d.支管路油雾化阀关位；e.无MFT；f.油火检无火。
3.2点油允许条件满足后，按以下顺序启动点火过程：a.第一次进点火枪；b.第一次启动点火器；c.开油吹扫阀，阀开到位后吹扫10sec，然后关吹扫阀；d.第二次进点火枪；e.第二次启动点火器；f.开油阀和油雾化阀；g.延时10sec后进行判断：若火检无火，停止点火过程，切断燃料供给，显示顺控点油失败；反之，则表明顺控点油成功。
在顺控点油的过程中，油阀和雾化阀的投用顺序需要被考虑。在原设计方案中，第二次启动点火器后，油阀和雾化阀同时开启，此方案经与业主、DCS厂家讨论并借鉴其它类似燃烧器生产改造经验后，改为先打开油雾化阀，雾化阀开到位后延时5sec再开油阀。
优化后的控制方案在较大的程度上避免了由于燃油未能雾化造成无法点燃以及由于雾化不充分引起的燃烧冒黑烟的情况的发生。
3.3停止油燃烧器：a.关油阀和油雾化阀；b.进点火枪；c.开点火器；d.开油吹扫阀；e.3min后关油吹扫阀。
停油燃烧器时，进点火枪、开点火器的作用与顺控启油燃烧器时的第一次进点火枪、第一次开点火器相同，均是为了燃尽积聚的残留燃油，保证生产的安全。
3.4主油阀开启条件：a.无MFT；b.压缩空气&仪表空气压力正常；c.燃油主管压力正常；d.所有支管油阀&雾化阀&油吹扫阀关闭；e.就地柜电源正常；f.无油燃烧器在位；g.炉膛吹扫完成；i.送风机运行。
4.辅助设备控制
燃烧器系统主管路上各监控项的状态是否正常直接影响燃烧器能否正常投用。主管路上需控制的主要设备除了上面已经阐述过的主油阀、主气阀外还包括主燃气排空阀、点火燃气阀、点火管路吹扫阀、点火管路排空阀等。此部分阀门的控制在保证必要的安全互锁的前提下，基本采用运行人员在DCS画面上进行单操的方式，只对点火主管吹扫增加顺控逻辑：吹扫启动→关闭点火燃气阀→开点火主管排空阀→开点火主管吹扫阀→吹扫30sec后复位。
此台锅炉的6只燃烧器分层布置，1#、2#、3#燃烧器为一层，4#、5#、6#为另一层。当燃烧天然气时，通过控制分层母管上的燃气压力调节阀的开度来调节上下层燃烧器的负荷。当分层母管上的低压力开关动作时，操作人员可以手动切除相应的燃烧器来平衡母管压力，如果切除了足够的燃烧器后母管压力还是不能稳定在工艺值，或者外系统突然停气，且此时无油燃烧器在位，则主气母管低压力开关动作（3取2），MFT动作。当燃烧柴油时，则通过调节回油总管的调节阀开度来控制供油总管压力和回油流量。与燃烧天然气时相同，若柴油主管压力低低，且无气燃烧器在位，则MFT动作。
三、与燃烧相关的其它控制
在锅炉的控制回路中，与燃料量控制密切相关的主要有锅炉负荷调节以及送风量控制。锅炉负荷的变化直接影响锅炉投料量，燃料量的变化又直接影响燃烧所需风量的调整。此项目中，锅炉负荷主要由锅炉出口的蒸汽压力来体现，通过建立协调控制，计算确定所需的风量和燃料量。协调主控的输出指令与燃料量需求的风量进行高选后经氧量修正，作为风量调节器的给定值；同时主汽压调节器的输出与实际风量需求的燃料量进行低选，作为燃料量的给定。合理的风料配比以及平滑的负荷调整能很好地降低锅炉能耗。
四、结束语
与各方工艺人员的沟通和配合是完善控制设计方案的重要手段。熟悉工艺流程，了解生产需求，在满足安全的前提下精简优化控制方案能有效地避免生产安全事故、提高生产效率，同时也能更好地保证所有设备的使用寿命，使安全和效益达到最大的平衡。
参考文献：
[1]陆德民，张振基，黄步余.石油化工自动控制设计手册[M].3版.北京：化学工业出版社，2000.
[2]厉玉鸣.化工仪表及自动化[M].4版.北京：化学工业出版社，2008.
[3]潘笑.化工仪表及自动化[M].北京：中国电力出版社，2004.
[4]白建云，杨晋萍.程序控制系统[M].北京：中国电力出版社，2006.
[5]陈公凯.电站锅炉燃烧自动系统协调优化控制策略的研究[D].山东.山东大学.2009.
[6]無锡华光锅炉股份有限公司.UG-160/2.45-YQ 锅炉说明书 92H-SM1C[Z].2010.
[7]徐州燃控科技股份有限公司.中国石化武汉分公司80万吨/年乙烯工程热电联产装置160t/h燃油气锅炉《启动燃烧器及就地控制系统》[Z].2011.
[8]徐州燃控科技股份有限公司.中国石化武汉分公司80万吨/年乙烯工程热电联产装置160t/h燃油气锅炉FSSS逻辑图[Z].2011.
作者简介：马海珊（1985—），女，工程师，现就职于中国联合工程公司，从事热电厂仪控设计工作。