一种阀门自动控制防回火系统

摘要

本发明涉及一种阀门自动控制防回火系统，其主要由控制系统、压力变送器(和/或流量计)、压杆失稳触发型泄压阀、火炬气控制阀和氮气控制阀组成。该系统安装于火炬头上游。本发明能够为火炬气的安全泄放和防回火均提供双重保障，满足火炬系统对于防回火设施的要求，且工艺简单，设备投资少，施工量小，设计建造周期短，维护费用低，占地空间小，可广泛应用于石油、化工等行业的火炬系统。

权利要求

1.一种阀门自动控制防回火系统，其主要由控制系统(1)、压力变送器(2)、压杆失稳触发型泄压阀(3)、火炬气控制阀(4)和氮气控制阀(5)组成，其特征在于：压力变送器(2)安装于火炬气总管，并位于火炬气控制阀(4)的上游；作为火炬气控制阀(4)的旁路，压杆失稳触发型泄压阀(3)与火炬气控制阀(4)并联安装；氮气控制阀(5)安装于压杆失稳触发型泄压阀(3)和火炬气控制阀(4)下游管道的支管上；控制系统(1)接收压力变送器(2)输出的压力信号、火炬气控制阀(4)和压杆失稳触发型泄压阀(3)的阀位信号，并根据这些信号发出调整火炬气控制阀(4)和氮气控制阀(5)阀位的指令。

2.根据权利要求1所述的一种阀门自动控制防回火系统，其特征是压杆失稳触发型泄压阀(3)是一种由进口压力驱动的非重闭式泄压装置，其泄压功能系通过细长杆(10)的压杆失稳进而触发密封元件的彼此脱离而实现；其泄压后，无需拆卸管道和阀门，即更换细长杆(10)使其复位；其压杆失稳触发型泄压阀(3)的泄压设定压力高于火炬气控制阀(4)全部开启时对应的设定值。

3.根据权利要求1所述的一种阀门自动控制防回火系统，其特征是压杆失稳触发型泄压阀(3)开启时，控制系统(1)会开启氮气控制阀(5)，使得氮气对火炬气总管进行吹扫。

说明书

一种阀门自动控制防回火系统

技术领域

[0001] 本发明是一种防回火系统，更具体的涉及一种应用于火炬系统的由阀门自动控制的防回火系统。

背景技术

[0002] 火炬系统是炼油厂、石化厂、天然气处理厂以及其它在生产过程中会产生可燃气体的化工厂中必不可少的安全与环保设施，是这些工厂的最后一道安全防线，其安全稳定运行对于这些工厂的安全生产至关重要。

[0003] 火炬头是一种特殊形式的燃烧器，其出口直径是以火炬气最大放空量设计，而正常工况下火炬气的流量均较小甚至为零，火炬头可能会发生回火、内燃甚至爆炸现象。防回火系统的正确选择和设计，是保证火炬系统安全的关键。火炬系统的防回火系统必须满足以下两个要求：

[0004] 第一，必须保证火炬气能够在需要时排放至火炬头燃烧焚毁。例如，在紧急情况下，大量的火炬气产生，此时，防回火系统必须能够提供足够的泄放通道，使得火炬气能够及时排放至火炬头燃烧焚毁，而不应成为火炬气泄放的障碍。

[0005] 第二，在各种情况下均能防止空气逆流入火炬系统，防止火炬气与空气混合而产生内燃或爆炸。例如，在火炬燃烧过程中，火炬气量迅速减少而流速很低时，防回火系统必须能够阻止空气逆流入火炬系统。

[0006] 在以往的实践中，通常使用水封罐作为火炬系统的防回火设施，如图1所示。当火炬气压力较低时，火炬气无法冲破水封，水封可以将空气和火炬气隔绝，防止回火现象的发生。在紧急情况下，大量火炬气泄放时，超压气体会冲破水封罐的水封层而进入火炬头燃烧。

[0007] 在多数工况下，水封罐能够较为安全、可靠的保护火炬系统，但是水封罐具有以下缺点：(1)占地空间大，灵活性差；(2)水封罐必须每天进行检查和维护，以确保水封罐的水封高度和清除密封水上面的漂油；(3)露点高于密封水温度的热火炬气排放时，火炬气会在水封罐中冷凝为液态烃并在此积聚，如果此时发生大的火炬气排放工况，积聚的液态烃就会带入火炬燃烧部分导致“火雨”的发生；(4)在寒冷地区，水封罐需要考虑防冻设施；(5)低温火炬气的排放可能会导致水封罐内密封水的冻结，阻塞火炬气排放；(6)如果排放气温度比较高且要长期排放，且补水不足，水封罐内的密封水可能会被蒸干，被蒸干后水封罐与大气是相通的，非常危险；(7)水封罐会增加火炬气的排放阻力，并引起水封罐周围管道的振动；(8)若火炬气排放结束之后突遇降雨天气，雨水在火炬气排放管道外形成一定厚度的水膜。雨水与管道换热导致管内气体温度骤降，管道内部有可能形成负压，从而破坏火炬气排放系统水封罐的水封作用，形成一定的安全隐患；(9)水封罐的清洗和维护工作是十分头痛的事情，因为水封罐中会有大量污泥存在。

发明内容

[0008] 本发明涉及的一种阀门自动控制防回火系统，其主要由控制系统、压力变送器(和/或流量计)、压杆失稳触发型泄压阀、火炬气控制阀和氮气控制阀组成。

[0009] 其中，压力变送器(和/或流量计)安装于火炬气总管，并位于火炬气控制阀的上游。其测量的压力(和/或流量)信号传送至控制系统。

[0010] 其中，火炬气控制阀可以受压力信号控制，也可以受流量信号控制。以下仅以压力信号控制火炬气控制阀为例，描述本发明的发明内容。

[0011] 当火炬气压力低于设定低限值时，火炬控制阀将处于全关状态，此时，空气不会逆流进入火炬系统，不会发生回火。当火炬气压力处于设定低限值和高限值之间时，火炬气控制阀会根据控制系统发出的火炬气压力信号来调节开度释放部分火炬气，释放的火炬气能够保证一定的流速，能够防止空气进入火炬系统而发生回火。在紧急情况下，当火炬气总管内的压力超过设定值时，控制系统会发出信号给火炬气控制阀，将火炬气控制阀全部开启，使得火炬气能够顺利泄放至火炬头燃烧焚毁。

[0012] 在火炬气燃烧后而火炬气总管内压力降低至设定值低限后，火炬气控制阀会自动关闭。在火炬气控制阀关闭的同时，控制系统会使氮气控制阀打开，氮气会进入火炬气控制阀的下游管道而将其中的可燃气体吹扫至火炬系统之外，消除了由于管线内残留的可燃气体而造成回火的可能性。

[0013] 如果火炬气控制阀因故障不能打开，火炬气总管内的压力由于气体的聚集而继续升高，当火炬气压力达到压杆失稳触发型泄压阀的压力设定值时，压杆失稳触发型泄压阀会自动开启，从而使得火炬气能够泄放至火炬头燃烧焚毁。压杆失稳触发型泄压阀为火炬气泄放提供了另外一重保障，保证了火炬气能够在需要时排放至火炬头燃烧焚毁。

[0014] 压杆失稳触发型泄压阀的阀位信号会反馈至控制系统，在压杆失稳触发型泄压阀开启时，控制系统会开启氮气控制阀，确保即便在火炬气燃烧完毕后，火炬系统也不会发生回火。氮气控制阀直至控制系统确认压杆失稳触发型泄压阀已经复位后，方可关闭。

[0015] 本发明设计合理，工艺简单，设备投资少，施工量小，设计建造周期短，维护费用低，占地空间小，其为火炬气的安全泄放和防回火提供双重保障，能够满足火炬系统对于防回火设施的要求，可替代水封罐等防回火设施，广泛应用于石油、化工等行业的火炬系统。

附图说明

[0016] 图1为采用水封罐的火炬系统防回火设施；

[0017] 图2为本发明涉及的阀门自动控制防回火系统的原理图；

[0018] 图3为本发明涉及的阀门自动控制防回火系统中压杆失稳触发型泄压阀的典型原理图。

具体实施方式

[0019] 一种阀门自动控制防回火系统，其主要由控制系统1、压力变送器(和/或流量计)2、压杆失稳触发型泄压阀3、火炬气控制阀4和氮气控制阀5组成。如图1所示，该系统安装于火炬头6上游。

[0020] 其中，压力变送器(和/或流量计)2安装于火炬气总管，并位于火炬气控制阀4的上游。

[0021] 其中，作为火炬气控制阀4的旁路，压杆失稳触发型泄压阀3与火炬气控制阀4并联安装。压杆失稳触发型泄压阀3是一种由进口压力驱动的非重闭式泄压装置，其泄压功能系通过细长杆10的压杆失稳进而触发密封元件的彼此脱离而实现。常见的压杆失稳触发型泄压阀可分为直线式、旋转式和先导式等几类。以下仅以直线式压杆失稳触发型泄压阀为例，介绍该类阀门的原理。阀瓣12和阀座13是泄压阀的密封件，当阀瓣12与阀座13紧密接触时泄压阀实现密封，当阀瓣12与阀座13分离时泄压阀实现泄压。细长杆10是控制阀门密封与泄压的关键元件，其安装于阀体7和阀盖8外部，一端与细长杆笼9内侧相接，另一端与阀杆11相接，通过阀杆11向阀瓣12加载载荷。当阀瓣12通过阀杆11加载在细长杆10上的轴向载荷大于或等于细长杆10的失稳临界载荷时，细长杆10会发生失稳，其有效长度会瞬间大幅度变小，其作用在阀杆11上的推力会骤然降低，阀瓣12与阀座13会在瞬间分离，从而达到泄压的目的。阀门泄压后，无需拆卸管道和阀门，可以从阀体7和阀盖8外部将阀杆10复位，使阀瓣12与阀座13重新紧密接触后将细长杆10更换，阀门恢复密封状态。压杆失稳触发型泄压阀的密封状态和泄压状态如图3所示。

[0022] 其中，氮气控制阀5安装于压杆失稳触发型泄压阀3和火炬气控制阀4下游管道的支管上，其控制氮气进入火炬气总管以在必要时对总管进行吹扫。

[0023] 其中控制系统1接收压力变送器(和/或流量计)2输出的压力(和/或流量)信号、火炬气控制阀4和压杆失稳触发型泄压阀3的阀位信号，并根据这些信号发出调整火炬气控制阀(4)和氮气控制阀(5)阀位的指令。

[0024] 其中，火炬气控制阀4可以受压力信号控制，也可以受流量信号控制。以下仅以压力信号控制火炬气控制阀4为例，进一步描述本发明的具体实施方式。

[0025] 火炬气控制阀4会根据控制系统1发出的火炬气压力信号来调整其阀位。当火炬气压力低于设定低限值时，火炬控制阀4将处于全关状态，此时，空气不会逆流进入火炬系统，不会发生回火。当火炬气压力处于设定低限值和高限值之间时，火炬气控制阀4会根据控制系统1发出的火炬气压力信号来调节开度释放部分火炬气，释放的火炬气能够保证一定的流速，能够防止空气进入火炬系统而发生回火。在紧急情况下，当火炬气总管内的压力超过设定值时，控制系统1会发出信号给火炬气控制阀4，将火炬气控制阀4全部开启，使得火炬气能够顺利泄放至火炬头燃烧焚毁。

[0026] 在火炬气燃烧后而火炬气总管内压力降低至设定值低限后，火炬气控制阀4会自动关闭。在火炬气控制阀4关闭的同时，控制系统1会使氮气控制阀5打开，氮气会进入火炬气控制阀4的下游管道而将其中的可燃气体吹扫至火炬系统之外，消除了由于管线内残留的可燃气体而造成回火的可能性。

[0027] 如果火炬气控制阀4因故障不能打开，火炬气总管内的压力由于气体的聚集而继续升高，当火炬气压力达到压杆失稳触发型泄压阀3的压力设定值时，压杆失稳触发型泄压阀3会自动开启，从而使得火炬气能够泄放至火炬头6燃烧焚毁。压杆失稳触发型泄压阀3为火炬气泄放提供了另外一重保障，保证了火炬气能够在需要时排放至火炬头6燃烧焚毁。

[0028] 压杆失稳触发型泄压阀3的阀位信号会反馈至控制系统1，在压杆失稳触发型泄压阀3开启时，控制系统1会开启氮气控制阀5，使得氮气对火炬气总管进行吹扫，确保即便在火炬气燃烧完毕后，火炬系统也不会发生回火。氮气控制阀5直至控制系统1确认压杆失稳触发型泄压阀3已经复位后，方可关闭。

[0029] 压杆失稳触发型泄压阀3开启后需要人工复位，并且其复位需要消耗细长杆10，为防止其误开启，其泄压设定压力应高于火炬气控制阀4全部开启时对应的设定值。

[0030] 本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。