CN106970542B - 一种可视化裂解炉烧焦状态监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可视化裂解炉烧焦状态监测装置，包括有安装在控制室的多组分气体检测装置、数据处理分析装置、终端显示装置和安装在裂解炉上的可视化监测装置，多组份气体检测装置采集裂解炉烧焦尾气，分析尾气浓度，输出尾气浓度至数据分析处理装置；可视化监测装置采集炉管红外辐射信号，分析炉管表面温度，输出炉管温度至数据分析处理装置；所述数据分析处理装置分析烧焦尾气浓度和炉管表面温度，判断烧焦进程，输出控制决策至烧焦控制装置执行烧焦控制，同时输出分析处理结果至终端显示装置。本发明利用可视化监测装置及烧焦尾气浓度检测装置跟踪烧焦过程、监视焦层反应进程，提高烧焦效果、延长装置使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种可视化裂解炉烧焦状态监测装置，属于石油化工领域，具体涉及到乙烯裂解技术。
背景技术
乙烯是重要的化工原料，乙烯工业水平反应一个国家的石油化工实力。在乙烯的炼化生产中，裂解炉管内除了产生乙烯裂解反应还伴随着各种二次裂解反应。二次裂解反应会在炉管内壁形成结焦，随着裂解深度加深结焦程度加重。裂解炉结焦会降低传热效率，管壁温度升高，易形成热点聚集，缩短炉管使用寿命。同时，结焦造成炉管内径变小，物料流动过程压降增加，降低乙烯收率。实际工作中，当管壁温度或者压降达到允许极限时，裂解炉就需要停产烧焦。
裂解炉烧焦时间的长短、烧焦效率直接影响乙烯的产率、燃料消耗、炉管寿命。目前，国内乙烯厂大部分都采用国外知名厂商的清焦软件包，进行在线烧焦。烧焦程序预设烧焦时间，一般是24小时。实际上，各乙烯厂所采用的裂解原料不一致，成分不稳定，呈现多样性，各炉管结焦的状况也不一样。如果采用同样的烧焦时间进行清焦，会造成某些结焦轻微的炉管过度烧焦，浪费生产时间，造成炉管损伤，缩短使用寿命，对于结焦比较顽固的炉管会造成烧焦时间不够，烧焦不彻底，再次投入生产会缩短了下个周期开始烧焦时间，影响乙烯生产。因此急需一种可以实时监测烧焦状态的装置来实现乙烯裂解炉的可视化、安全、高效、彻底烧焦。
专利CN1282730C公开了一种在线监控烧除焦碳过程的方法，该方法可以监测CO、CO2气体浓度，虽然能够一定程度上监测烧焦尾气中这两种气体浓度变化，但是该方法存在以下问题：烧焦过程中无O2含量监测，无法掌握碳与氧的化学反应速率以及烧焦尾气中CO和CO2的体积含量，即无法控制烧焦过程释放的热量，从而无法避免炉管出现局部过热现象，不能确保炉管的安全。其次，无法获得烧焦过程中整个炉管热点分布，无法实时跟踪焦层反应进程。
文章《乙烯裂解炉烧焦技术进展》介绍了各种烧焦办法，但是都是国外知名厂商的软件包，预设条件规定烧焦时间。这种方法存在炉管轻度结焦时发生过度烧焦，重度结焦时清焦又不彻底，易造成炉管损伤，装置运行时间缩短，影响生产效率。同时，这篇文章中介绍的烧焦尾气的监测方法是人工取样分析，一般半小时分析一次，信息反馈时间至少在2小时以上，无法实时监测烧焦尾气浓度变化情况，无法快速做出烧焦控制决策。
发明内容
为了弥补现有技术存在不足，本发明提供了一种可视化裂解炉烧焦状态实时监测装置。在裂解炉烧焦过程中，烧焦控制装置启动烧焦程序，可视化监测装置实时监测炉管温度分布和热点移动，跟踪烧焦反应进程；多组分气体分析装置实时测量烧焦尾气浓度；数据处理分析装置根据实时烧焦尾气浓度和炉管温度分布做出决策发送至烧焦控制装置，并执行烧焦控制；终端显示装置实时显示炉管热点移动以及烧焦尾气浓度变化，便于人工干预，从而保证烧焦过程平稳、安全、高效、彻底。
本发明采用的技术方案是：
一种可视化裂解炉烧焦状态实时监测装置，其特征在于：包括有安装在控制室的多组分气体检测装置、数据处理分析装置、终端显示装置和安装在裂解炉上的可视化监测装置，所述多组份气体检测装置采集裂解炉烧焦尾气，分析尾气浓度，输出尾气浓度至数据分析处理装置；所述可视化监测装置采集炉管红外辐射信号，分析炉管表面温度，输出炉管温度至数据分析处理装置；所述数据分析处理装置分析烧焦尾气浓度和炉管表面温度，判断烧焦进程，输出控制决策至烧焦控制装置执行烧焦控制，同时输出分析处理结果至终端显示装置。
所述的一种可视化烧焦状态监测装置，其特征在于：所述多组分气体检测装置包括取样探头、尾气预处理装置、信号发生器、激光器驱动电路、可调谐激光器、发射准直光路、气体吸收室、接收耦合光路、探测器、锁相放大器、数据采集模块、数据分析处理系统，所述信号发生器产生可调谐激光器的驱动信号、同时将参考信号输入锁相放大器，激光器驱动电路驱动可调谐激光器发射的激光经过发射准直光路准直后进入气体吸收室，尾气预处理装置将取样探头采到的气体进行除水、除尘后导入气体吸收室，激光在气体吸收室中经过多次反射之后通过接收耦合光路由探测器进行探测，探测器信号进入锁相放大器进行解调，数据采集模块的采集卡采集解调信号，解调信号经过数据分析处理系统进行数据处理反演出各组分气体浓度。
所述的一种可视化烧焦状态监测装置，其特征在于：所述可视化监测装置包括：红外光学镜头组、红外光学滤光片、红外探测器、数据采集卡、数据处理与温度反演系统，所述红外光学镜头组采集红外辐射信号，经过光学滤波后由红外探测器探测，再由数据采集卡采集，送入数据处理与温度反演系统进行分析处理后输出炉管表面温度。
所述的一种可视化烧焦状态监测装置，其特征在于：所述多组份气体检测装置实时在线检测烧焦尾气中CO、CO2和O2浓度百分比，根据CO、CO2、O2浓度含量分析烧焦过程，设定烧焦控制节点；可视化监测装置实时跟踪炉管内部热点移动，根据炉管表面温度判断焦层反应进程；根据烧焦尾气浓度含量和炉管表面温度变化综合判定烧焦状态，控制烧焦进程，保证烧焦平稳、安全、快速、彻底。
多组份气体检测装置实时在线检测烧焦尾气中O2浓度百分比，可控制烧焦放热反应速率，防止反应过于激烈、温度过高、烧穿炉管。
本发明相对现有技术有以下优点：
1、本发明的多组分气体分析装置，能够实时监测烧焦尾气中CO、CO2、O2的浓度变化，根据CO、CO2浓度做出决策反馈值烧焦控制装置。这比以往传统的取样分析更加快速便捷，获得反馈信息更加及时。O2浓度实时监测，判断烧焦状态是否正常，避免缺氧或者无氧烧焦。控制O2含量可以掌握碳与O2的反应速率，即控制烧焦过程中释放的热量，从而避免炉管出现局部过热现象，确保炉管的安全。
2、本发明的可视化监测装置，能够实时获取炉管热点移动情况，跟踪烧焦反应进程，获取烧焦状态。终端显示装置实现炉管温度和热点可视化，利于烧焦操作人员做出相应处理，提高烧焦的安全性和彻底性。
附图说明
图1为本发明可视化裂解炉烧焦状态实时监测装置示意图。
图2为可视化监测装置示意图。
图3为多组分气体分析装置示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
参见图1，可视化裂解炉烧焦状态实时监测装置，包括有安装在控制室的多组分气体检测装置1、数据处理分析装置3、终端显示装置4和安装在裂解炉6上的可视化监测装置2，多组份气体检测装置1采集裂解炉烧焦尾气，分析尾气浓度，输出尾气浓度至数据分析处理装置3；可视化监测装置2采集炉管红外辐射信号，分析炉管表面温度，输出炉管温度至数据分析处理装置3；所述数据分析处理装置3分析烧焦尾气浓度和炉管表面温度，判断烧焦进程，输出控制决策至烧焦控制装置5执行烧焦控制，同时输出分析处理结果至终端显示装置4。
裂解炉进入烧焦程序后，烧焦控制装置启动，多组分气体监测装置测量烧焦尾气中CO、CO2、O2浓度，可视化监测装置测量裂解炉炉管温度分布，监测炉管热点移动。数据处理分析装置根据CO、CO2、O2浓度变化和炉管温度分布做出决策发生至烧焦控制装置并执行烧焦控制，比如：根据CO、CO2浓度设定烧焦节点，减少或者增加稀释蒸汽量和空气量，当两者浓度之和小于0.1%时烧焦完成，O2浓度用于监测烧焦是否在有氧状态下进行，避免缺氧。除此之外，控制O2含量可以控制烧焦反应速率，即控制烧焦过程中释的能量，从而避免炉管出现局部过热现象，确保炉管的安全。终端显示装置显示烧焦尾气中CO、CO2、O2浓度变化和炉管热点移动，综合判断烧焦状态，保证烧焦过程安全、高效、彻底。
参见图2，可视化监测装置包括：红外光学镜头组7、红外光学滤光片8、红外探测器9、数据采集卡10、数据处理与温度反演系统11。红外光学镜头组7收集炉管红外辐射信号，经过光学滤波后由红外探测器9探测，再由数据采集卡10采集获取数字信号，送入数据处理与温度反演系统11进行分析处理后输出炉管表面温度和热点。炉管热点代表炉内结焦点，本发明可获得炉管热点移动可视化图像，在裂解炉烧焦初期热点在炉管上段，随着烧焦进行热点在炉管内移动，直至整个炉管烧通透，完整监测整个过程炉管热点走向。
参见图3，红外多组分气体监测装置包括：取样探头12、尾气预处理装置13、可调谐激光器14、发射准直光路15、气体吸收室16、接收耦合光路17、激光器驱动电路18、信号发生器19、锁相放大器20、探测器21、数据采集模块22以及数据分析处理系统23。首先，在裂解炉管尾部开具20cm左右的口径，取样探头12与其相连并设置流量控制。烧焦尾气进入尾气预处理装置13，除水除尘后的干气进入气体吸收室16，消除水汽对测量的影响。信号发生器19产生可调谐激光器14的驱动信号同时将参考信号输入锁相放大器20，可调谐激光器14发射激光经过发射准直光路15进入气体吸收室16，气液分离及冷却装置将烧焦尾气导入气体吸收室，激光经过多次反射之后通过接收耦合光路17由探测器21进行探测，探测器21信号进入锁相放大器20进行解调，数据采集模块22的AD采集卡采集解调信号，解调信号经过数据分析处理系统23进行数据处理反演出各组分气体浓度。
数据处理分析装置3根据实时CO、CO2、O3浓度和炉管温度分布做出决策发送至烧焦控制装置并执行烧焦控制；终端显示装置4实时显示炉管热点移动以及烧焦尾气中CO、CO2、O3浓度变化，综合判断烧焦状态，从而保证烧焦过程平稳、安全、高效、彻底。
Claims (1)
1.一种可视化裂解炉烧焦状态实时监测装置，其特征在于：包括有安装在裂解炉尾气管道上的多组分气体检测装置、数据处理分析装置、终端显示装置和安装在裂解炉上的可视化监测装置，所述多组份气体检测装置采集裂解炉烧焦尾气，分析尾气浓度，输出尾气浓度至数据分析处理装置；所述可视化监测装置采集炉管红外辐射信号，分析炉管表面温度，输出炉管温度至数据分析处理装置；所述数据分析处理装置分析烧焦尾气浓度和炉管表面温度，判断烧焦进程，输出控制决策至烧焦控制装置执行烧焦控制，同时输出分析处理结果至终端显示装置；
所述多组分气体检测装置包括取样探头、尾气预处理装置、信号发生器、激光器驱动电路、可调谐激光器、发射准直光路、气体吸收室、接收耦合光路、探测器、锁相放大器、数据采集模块、数据分析处理系统，所述信号发生器产生可调谐激光器的驱动信号、同时将参考信号输入锁相放大器，激光器驱动电路驱动可调谐激光器发射的激光经过发射准直光路准直后进入气体吸收室，尾气预处理装置将取样探头采到的气体进行除水、除尘后导入气体吸收室，激光在气体吸收室中经过多次反射之后通过接收耦合光路由探测器进行探测，探测器信号进入锁相放大器进行解调，数据采集模块的采集卡采集解调信号，解调信号经过数据分析处理系统进行数据处理反演出各组分气体浓度；
所述可视化监测装置包括：红外光学镜头组、红外光学滤光片、红外探测器、数据采集卡、数据处理与温度反演系统，所述红外光学镜头组采集红外辐射信号，经过光学滤波后由红外探测器探测，再由数据采集卡采集，送入数据处理与温度反演系统进行分析处理后输出炉管表面温度；
所述多组份气体检测装置实时在线检测烧焦尾气中CO、CO2和O2浓度百分比，根据CO、CO2、O2浓度含量分析烧焦过程，设定烧焦控制节点；可视化监测装置实时跟踪炉管内部热点移动，监测烧焦状态下热点在炉管内部的走向，根据炉管表面温度判断焦层反应进程；根据烧焦尾气浓度含量和炉管表面温度变化综合判定烧焦状态，控制烧焦进程，保证烧焦平稳、安全、快速、彻底。
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