一種可視化裂解爐燒焦狀態監測裝置的製作方法

2023-07-04 20:58:36

本發明涉及一種可視化裂解爐燒焦狀態監測裝置，屬於石油化工領域，具體涉及到乙烯裂解技術。

背景技術：

乙烯是重要的化工原料，乙烯工業水平反應一個國家的石油化工實力。在乙烯的煉化生產中，裂解爐管內除了產生乙烯裂解反應還伴隨著各種二次裂解反應。二次裂解反應會在爐管內壁形成結焦，隨著裂解深度加深結焦程度加重。裂解爐結焦會降低傳熱效率，管壁溫度升高，易形成熱點聚集，縮短爐管使用壽命。同時，結焦造成爐管內徑變小，物料流動過程壓降增加，降低乙烯收率。實際工作中，當管壁溫度或者壓降達到允許極限時，裂解爐就需要停產燒焦。

裂解爐燒焦時間的長短、燒焦效率直接影響乙烯的產率、燃料消耗、爐管壽命。目前，國內乙烯廠大部分都採用國外知名廠商的清焦軟體包，進行在線燒焦。燒焦程序預設燒焦時間，一般是24小時。實際上，各乙烯廠所採用的裂解原料不一致，成分不穩定，呈現多樣性，各爐管結焦的狀況也不一樣。如果採用同樣的燒焦時間進行清焦，會造成某些結焦輕微的爐管過度燒焦，浪費生產時間，造成爐管損傷，縮短使用壽命，對於結焦比較頑固的爐管會造成燒焦時間不夠，燒焦不徹底，再次投入生產會縮短了下個周期開始燒焦時間，影響乙烯生產。因此急需一種可以實時監測燒焦狀態的裝置來實現乙烯裂解爐的可視化、安全、高效、徹底燒焦。

專利cn1282730c公開了一種在線監控燒除焦碳過程的方法，該方法可以監測co、co2氣體濃度，雖然能夠一定程度上監測燒焦尾氣中這兩種氣體濃度變化，但是該方法存在以下問題：燒焦過程中無o2含量監測，無法掌握碳與氧的化學反應速率以及燒焦尾氣中co和co2的體積含量，即無法控制燒焦過程釋放的熱量，從而無法避免爐管出現局部過熱現象，不能確保爐管的安全。其次，無法獲得燒焦過程中整個爐管熱點分布，無法實時跟蹤焦層反應進程。

文章《乙烯裂解爐燒焦技術進展》介紹了各種燒焦辦法，但是都是國外知名廠商的軟體包，預設條件規定燒焦時間。這種方法存在爐管輕度結焦時發生過度燒焦，重度結焦時清焦又不徹底，易造成爐管損傷，裝置運行時間縮短，影響生產效率。同時，這篇文章中介紹的燒焦尾氣的監測方法是人工取樣分析，一般半小時分析一次，信息反饋時間至少在2小時以上，無法實時監測燒焦尾氣濃度變化情況，無法快速做出燒焦控制決策。

技術實現要素：

為了彌補現有技術存在不足，本發明提供了一種可視化裂解爐燒焦狀態實時監測裝置。在裂解爐燒焦過程中，燒焦控制裝置啟動燒焦程序，可視化監測裝置實時監測爐管溫度分布和熱點移動，跟蹤燒焦反應進程；多組分氣體分析裝置實時測量燒焦尾氣濃度；數據處理分析裝置根據實時燒焦尾氣濃度和爐管溫度分布做出決策發送至燒焦控制裝置，並執行燒焦控制；終端顯示裝置實時顯示爐管熱點移動以及燒焦尾氣濃度變化，便於人工幹預，從而保證燒焦過程平穩、安全、高效、徹底。

本發明採用的技術方案是：

一種可視化裂解爐燒焦狀態實時監測裝置，其特徵在於：包括有安裝在控制室的多組分氣體檢測裝置、數據處理分析裝置、終端顯示裝置和安裝在裂解爐上的可視化監測裝置，所述多組份氣體檢測裝置採集裂解爐燒焦尾氣，分析尾氣濃度，輸出尾氣濃度至數據分析處理裝置；所述可視化監測裝置採集爐管紅外輻射信號，分析爐管表面溫度，輸出爐管溫度至數據分析處理裝置；所述數據分析處理裝置分析燒焦尾氣濃度和爐管表面溫度，判斷燒焦進程，輸出控制決策至燒焦控制裝置執行燒焦控制，同時輸出分析處理結果至終端顯示裝置。

所述的一種可視化燒焦狀態監測裝置，其特徵在於：所述多組分氣體檢測裝置包括取樣探頭、尾氣預處理裝置、信號發生器、雷射器驅動電路、可調諧雷射器、發射準直光路、氣體吸收室、接收耦合光路、探測器、鎖相放大器、數據採集模塊、數據分析處理系統，所述信號發生器產生可調諧雷射器的驅動信號、同時將參考信號輸入鎖相放大器，雷射器驅動電路驅動可調諧雷射器發射的雷射經過發射準直光路準直後進入氣體吸收室，尾氣預處理裝置將取樣探頭採到的氣體進行除水、除塵後導入氣體吸收室，雷射在氣體吸收室中經過多次反射之後通過接收耦合光路由探測器進行探測，探測器信號進入鎖相放大器進行解調，數據採集模塊的採集卡採集解調信號，解調信號經過數據分析處理系統進行數據處理反演出各組分氣體濃度。

所述的一種可視化燒焦狀態監測裝置，其特徵在於：所述可視化監測裝置包括：紅外光學鏡頭組、紅外光學濾光片、紅外探測器、數據採集卡、數據處理與溫度反演系統，所述紅外光學鏡頭組採集紅外輻射信號，經過光學濾波後由紅外探測器探測，再由數據採集卡採集，送入數據處理與溫度反演系統進行分析處理後輸出爐管表面溫度。

所述的一種可視化燒焦狀態監測裝置，其特徵在於：所述多組份氣體檢測裝置實時在線檢測燒焦尾氣中co、co2和o2濃度百分比，根據co、co2、o2濃度含量分析燒焦過程，設定燒焦控制節點；可視化監測裝置實時跟蹤爐管內部熱點移動，根據爐管表面溫度判斷焦層反應進程；根據燒焦尾氣濃度含量和爐管表面溫度變化綜合判定燒焦狀態，控制燒焦進程，保證燒焦平穩、安全、快速、徹底。

多組份氣體檢測裝置實時在線檢測燒焦尾氣中o2濃度百分比，可控制燒焦放熱反應速率，防止反應過於激烈、溫度過高、燒穿爐管。

本發明相對現有技術有以下優點：

1、本發明的多組分氣體分析裝置，能夠實時監測燒焦尾氣中co、co2、o2的濃度變化，根據co、co2濃度做出決策反饋值燒焦控制裝置。這比以往傳統的取樣分析更加快速便捷，獲得反饋信息更加及時。o2濃度實時監測，判斷燒焦狀態是否正常，避免缺氧或者無氧燒焦。控制o2含量可以掌握碳與o2的反應速率，即控制燒焦過程中釋放的熱量，從而避免爐管出現局部過熱現象，確保爐管的安全。

2、本發明的可視化監測裝置，能夠實時獲取爐管熱點移動情況，跟蹤燒焦反應進程，獲取燒焦狀態。終端顯示裝置實現爐管溫度和熱點可視化，利於燒焦操作人員做出相應處理，提高燒焦的安全性和徹底性。

附圖說明

圖1為本發明可視化裂解爐燒焦狀態實時監測裝置示意圖。

圖2為可視化監測裝置示意圖。

圖3為多組分氣體分析裝置示意圖。

具體實施方式

下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部實施例。基於本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明的保護範圍。

參見圖1，可視化裂解爐燒焦狀態實時監測裝置，包括有安裝在控制室的多組分氣體檢測裝置1、數據處理分析裝置3、終端顯示裝置4和安裝在裂解爐6上的可視化監測裝置2，多組份氣體檢測裝置1採集裂解爐燒焦尾氣，分析尾氣濃度，輸出尾氣濃度至數據分析處理裝置3；可視化監測裝置2採集爐管紅外輻射信號，分析爐管表面溫度，輸出爐管溫度至數據分析處理裝置3；所述數據分析處理裝置3分析燒焦尾氣濃度和爐管表面溫度，判斷燒焦進程，輸出控制決策至燒焦控制裝置5執行燒焦控制，同時輸出分析處理結果至終端顯示裝置4。

裂解爐進入燒焦程序後，燒焦控制裝置啟動，多組分氣體監測裝置測量燒焦尾氣中co、co2、o2濃度，可視化監測裝置測量裂解爐爐管溫度分布，監測爐管熱點移動。數據處理分析裝置根據co、co2、o2濃度變化和爐管溫度分布做出決策發生至燒焦控制裝置並執行燒焦控制，比如：根據co、co2濃度設定燒焦節點，減少或者增加稀釋蒸汽量和空氣量，當兩者濃度之和小於0.1%時燒焦完成，o2濃度用於監測燒焦是否在有氧狀態下進行，避免缺氧。除此之外，控制o2含量可以控制燒焦反應速率，即控制燒焦過程中釋的能量，從而避免爐管出現局部過熱現象，確保爐管的安全。終端顯示裝置顯示燒焦尾氣中co、co2、o2濃度變化和爐管熱點移動，綜合判斷燒焦狀態，保證燒焦過程安全、高效、徹底。

參見圖2，可視化監測裝置包括：紅外光學鏡頭組7、紅外光學濾光片8、紅外探測器9、數據採集卡10、數據處理與溫度反演系統11。紅外光學鏡頭組7收集爐管紅外輻射信號，經過光學濾波後由紅外探測器9探測，再由數據採集卡10採集獲取數位訊號，送入數據處理與溫度反演系統11進行分析處理後輸出爐管表面溫度和熱點。爐管熱點代表爐內結焦點，本發明可獲得爐管熱點移動可視化圖像，在裂解爐燒焦初期熱點在爐管上段，隨著燒焦進行熱點在爐管內移動，直至整個爐管燒通透，完整監測整個過程爐管熱點走向。

參見圖3，紅外多組分氣體監測裝置包括：取樣探頭12、尾氣預處理裝置13、可調諧雷射器14、發射準直光路15、氣體吸收室16、接收耦合光路17、雷射器驅動電路18、信號發生器19、鎖相放大器20、探測器21、數據採集模塊22以及數據分析處理系統23。首先，在裂解爐管尾部開具20cm左右的口徑，取樣探頭12與其相連並設置流量控制。燒焦尾氣進入尾氣預處理裝置13，除水除塵後的幹氣進入氣體吸收室16，消除水汽對測量的影響。信號發生器19產生可調諧雷射器14的驅動信號同時將參考信號輸入鎖相放大器20，可調諧雷射器14發射雷射經過發射準直光路15進入氣體吸收室16，氣液分離及冷卻裝置將燒焦尾氣導入氣體吸收室，雷射經過多次反射之後通過接收耦合光路17由探測器21進行探測，探測器21信號進入鎖相放大器20進行解調，數據採集模塊22的ad採集卡採集解調信號，解調信號經過數據分析處理系統23進行數據處理反演出各組分氣體濃度。

數據處理分析裝置3根據實時co、co2、o3濃度和爐管溫度分布做出決策發送至燒焦控制裝置並執行燒焦控制；終端顯示裝置4實時顯示爐管熱點移動以及燒焦尾氣中co、co2、o3濃度變化，綜合判斷燒焦狀態，從而保證燒焦過程平穩、安全、高效、徹底。