蓄热式热氧化装置的仪表控制是什么（蓄热式热氧化技术）

概括：

通过介绍蓄热式热氧化装置的运行控制方式，阐述了蓄热式热氧化装置多种仪表设置的安全问题。基于联锁关闭的控制方法，对重要仪表提出以下建议： 爆炸下限仪表应根据介质类型和响应时间选择仪表原理，并按照安全规定设置在适当位置；蓄热室温度计和燃烧室温度计应根据仪表位置和介质温度进行选择和设计；燃烧室压力变送器安装时应加冷凝环以保护仪表。

介绍

蓄热式热氧化（RTO）装置因其废气处理范围广、处理效率高达99%、无二次污染等特点，得到了环保市场的广泛认可。但由于VOCs废气有毒、易燃、易爆，采用RTO装置处理VOCs废气存在一定的风险。为了保证进入RTO装置的废气安全，必须选择合适的仪器进行检测，如检测进入RTO炉的废气的爆炸下限浓度，以确认RTO装置不会爆炸；检测RTO炉内的温度或压力值，确认RTO炉内没有发生闪爆。因此，RTO装置的仪表选型和控制非常重要。

1 流程

RTO炉主要用于处理浓度为28g/m3的有机废气[1]。三室RTO炉主要由燃烧室、三个蓄热室和提升阀组成。图1是RTO装置的流程图。首先利用燃烧器将RTO炉预热到规定温度，然后混合废气在RTO炉内氧化燃烧，得到CO2和H2O，达到排放标准。 RTO炉内部废气处理流程为：废气进入RTO炉1#蓄热室预热，然后进入燃烧室进行有机物的氧化反应，最后经2#蓄热室离开RTO炉，排放洁净烟气；废气从2#蓄热室进入燃烧室，净烟气经3#蓄热室排出；废气由3#蓄热室进入燃烧室，净烟气经1#蓄热室排出。通过三轮处理工艺，保持RTO炉热量恒定，保证RTO炉废气净化效果。随着燃烧室内有机物氧化反应放出热量，温度逐渐升高。当温度达到高设定值时，必须打开高温热力旁通阀，降低燃烧室温度。为了保证RTO炉的正常运行，需要在进入RTO炉之前对RTO炉的温度、压力以及混合废气的爆炸下限进行监测。

2 仪器选择控制

只有当可燃气体的浓度在爆炸下限和爆炸上限之间时，才可能发生爆炸。为了保证安全，工艺设计必须保证进入RTO炉前VOCs有机废气浓度小于爆炸下限的25%[2-3]。同时，应时刻监控RTO炉内的压力和温度，防止发生事故。

在实际运行过程中，由于前端工艺复杂程度不同，混合废气的成分含量未知。不同化学成分的爆炸下限不同，工艺环境中废气成分的含量不断变化。这导致利用沙特尔定律计算组分混合物爆炸下限的方法存在较大误差。因此，在选择LEL分析仪时，必须考虑测量介质、前端技术和仪器适用性。

2.1 爆炸下限仪表的设计与选型

目前用于检测VOCs废气的LEL仪器主要有四种类型：火焰温度式（FTA）分析仪、氢火焰式LEL气体分析仪、催化燃烧式LEL检测仪、红外LEL气体分析仪。

2.1.1 火焰温度型（FTA）分析仪

火焰温度型（FTA）分析仪从原混合废气管道中对废气源进行采样。废气源通过火焰温度型（FTA）分析仪内置的文丘里采样装置吸入分析仪内部的火焰室。废气源中的可燃气体在感应火焰中燃烧，逐渐产生温升，温升与可燃气体的0100%LEL浓度成正比。无论是有机物还是无机物，只要能燃烧，就能产生温升。因此，基于这一原理的仪器可以检测大多数有机和无机物质的爆炸下限。

为了保持分析仪火焰室内的压力恒定，废气源的压力和温度应尽可能稳定和均匀，避免因废气源不稳定而导致火焰室火焰熄灭，影响测量结果。当废气源中的氧含量低于8%时，火焰室内容易出现燃烧不充分的情况，从而影响测量结果。因此，当废气源含氧量低于8%时，进入FTA分析仪的废气需要额外的空气来保证足够的含氧量。这就需要FTA分析仪配备预处理装置，使进入火焰室的气体有足够的氧含量。 FTA分析仪的响应时间为2至4秒。添加预处理装置后，响应时间为4 s。 FTA分析仪主要应用于燃烧过程前端或煤矿瓦斯检测等场合。

2.1.2 氢焰LEL气体分析仪

废气源通过氢火焰式LEL气体分析仪内置的文丘里采样装置吸入分析仪内部的燃烧室。有机物在高温氢火焰中燃烧并发生化学电离。在高压电场的作用下，带正电的碳离子向负极移动，形成离子流。该离子电流的信号量与有机物的浓度成正比。最后根据校准物质的爆炸下限得到被测有机物的%LEL值。因此，氢火焰式LEL气体分析仪只能检测C-H化合物。 CO、H2等无机物质不能产生化学电离，因此无法检测其含量。氢焰LEL气体分析仪的优点是对有机物LEL检测精度高，响应时间为2s。

2.1.3 催化燃烧LEL气体检测仪

催化燃烧式LEL气体检测仪采用催化载体式气体传感器作为检测器。当可燃物质在惠斯登电桥上发生催化燃烧反应时，测量电桥的电阻值会增大，引起电桥输出电压的变化，输出电压的变化与催化可燃物的浓度成正比。这种检测方法的优点是不需要助燃气体，可用于测量环境中可燃物的泄漏，且易于检测；缺点是催化剂会失效，使用寿命短，响应时间长，精度不高。催化燃烧LEL气体探测器一般用于检测环境中的可燃气体泄漏，其响应时间为60 s。

2.1.4 红外LEL气体分析仪

红外LEL气体分析仪利用不同气体中特征官能团的红外波长位置和特征峰面积与有机物含量的关系。这种检测方法的优点是不破坏被测物质，不需要助燃气体；缺点是受红外吸收特性影响，对测试环境和被测物质的均匀性要求较高，特别是不能受潮。此外，红外波段对易燃无机材料非常敏感。该物体没有检测效果。因此，红外LEL气体分析仪和氢焰LEL气体分析仪都只能检测有机物，红外式无法检测含有水分的介质。

为了最大限度地降低爆炸风险，控制方法中使用的RTO炉联锁的条件之一是LEL分析仪器检测到混合废气的LEL达到25%LEL。联锁停机动作为：检测到LEL值达到25%LEL后，关闭燃烧器系统，关闭RTO炉管道入口阀门V1，打开紧急旁通管道阀门V0，稀释风机频率调整至最大风量。 LEL分析仪器的响应时间至少为2至60 s，紧急旁通管道阀门的响应时间为3至10 s。阀门的响应时间受管道尺寸和气缸选择的影响。为保证废气安全进入蓄热式燃烧炉，基于废气流速12 m/s，建议LEL分析仪器安装在RTO前管道中至少60 m处炉。

如上所述，在RTO装置前合适的位置设置LEL分析仪时，应根据废气成分、水分含量等因素，选择火焰温度型、氢焰型或红外型LEL分析仪。价格。 LEL分析仪除了显示报警值外，还参与稀释风机的变频调节回路。稀释风机变频频率根据%LEL值和RTO炉进口管前设定值进行PID调节。

RTO炉作为明火装置，其本身必须按照《石油化工行业可燃气体、有毒气体检测报警设计规范》（GB 50493-2009）的要求配备可燃气体报警器。根据LEL的适用环境，一般采用催化燃烧式可燃气体泄漏检测仪。

2.2 温度仪表设计与选型

正常工况下，燃烧室温度一般为850950，蓄热室温度一般为400500。废气经过进口提升阀蓄热室燃烧室蓄热室出口提升阀等部件，直接排入烟囱。再生器的温度可以用来表征提升阀的泄漏率。当提升阀泄漏时，蓄热室中的热烟气不断溢出，导致蓄热室下方温度过高，甚至出现逆温（蓄热室）。室温度高于燃烧室）。燃烧室正常加热过程中，如果提升阀泄漏率较高，蓄热室温度很容易达到500。这种现象是极其有害的。不仅会造成VOCs氧化反应不充分，而且也不利于废气排放达标。因此，蓄热室的温度检测非常重要。蓄热体自下而上由栅格、鞍环、多层陶瓷蓄热体、鞍环组成。温度仪表一般位于蓄热室中部，插入深度一般为RTO炉深度的1/22/3。蓄热体的测温范围一般为0~1000，检测元件为镍铬镍硅热电偶（K型分度号）。保护管材质为耐磨合金钢，外保护管材质为310S。外保护管应与蓄热室一起预制在RTO炉内。为了使蓄热室中的气流均匀，陶瓷蓄热室紧密排列，因此蓄热室内温度仪表的外部保护管采用预埋钻杆式。如果不预制，温度计插入过深会破坏蓄热体的结构，影响蓄热能力。

燃烧室主要由燃烧器组成，燃烧室温度主要由燃烧器和高温热力旁通调节阀控制。燃烧器负责燃烧室的加热，高温热力旁通调节阀负责燃烧室的冷却。在点火加热阶段，通过PID调节可将RTO炉温度从低温升至750以上。但当燃烧室温度达到高报警值（900）时，燃烧器基本停机，选用高温热力旁通控制阀作为调节手段。通过打开高温热力旁通调节阀，高温热烟气将直接进入烟囱，从而降低燃烧室的温度。当完全打开高温热旁路调节阀并关闭燃烧器无法降低燃烧室温度时，RTO炉存在较大的安全风险。因此，RTO炉联锁停炉的条件之一是燃烧室温度超过950。测温范围一般为01 300，检测元件为铂铑10铂热电偶（S型索引号），保护管和外保护管材质为GH3030。

2.3 压力仪表设计与选型

当需要检测RTO炉内压力时，考虑到RTO炉内燃烧室温度范围为850950，介质与压力变送器采用冷凝环连接。燃烧室内的热烟气经冷凝环冷凝后进入压力变送器，温度低于100。压力变送器采用进口智能变送器。当燃烧室内瞬时压力超过5kPa时，表明RTO炉内可能发生局部闪爆。因此，联锁关闭的条件之一是燃烧室内的瞬时压力超过5 kPa。

3 结论与建议

本文从蓄热式热氧化装置的工艺系统和仪表控制两个角度阐述了蓄热式热氧化装置仪表的安全问题。通过分析蓄热式热氧化装置的运行方式和控制方式，对重要仪表提出以下三点建议：（1）根据介质类型和响应时间选择LEL仪表，并选择仪表原理并按照安全规定设置在适当的位置。 (2)选择蓄热室温度计和燃烧室温度计时，应根据仪表位置和介质温度区别设计； (3)安装燃烧室压力变送器时，应加凝结环，以保护仪表。

审稿人：刘庆