甲烷燃烧装置操作使用手册.docx

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甲烷燃烧装置操作使用手册

第一章总述

第一节装置概况

一、装置规模

本装置适用于神华煤液化项目污水处理场生化单元EPC总承包项目的甲烷燃烧系统设备。

可处理154污水处理场生化单元所产生的全部沼气，处理量为175.2万Nm3/年，最大负荷：

400Nm3/h，最小负荷50Nm3/h。

所有设备和生成的排放物满足国家有关安全、环保等强制性标准要求。

二、装置的平面布置

本甲烷燃烧装置所有设备布置在10X10米界区内。

大门向北，位于界区的东北角。

所有管道来自于东南角的东面。

主要设备火炬燃烧塔布置在界区的西北角、水封罐布置在东南角、备用气源储瓶间布置在南侧、电仪控制柜布置在北侧的大门旁边。

详细布置见图（平面布置图：

PYH-SDCL-01-012）。

三、装置组成

本甲烷燃烧装置主要由水封罐、地面火炬（由燃烧器组、防辐射隔热罩和防护墙组成）地面火炬自动点火系统等组成。

第二节装置的设计基础

一、原料及产品性质

本甲烷燃烧装置的用途为：

将来自于154污水处理场生化处理单元所产生的全部沼气进行焚烧处理，使其满足国家强制性污染物排放环保标准，没有产品产出。

二、物料平衡

（本条不适应于本装置）

三、化工原料消耗

（无）

四、能料消耗

●燃烧气

正常情况下由需处理的沼气支持运行，不额外消耗燃料。

当装置刚开工时可能沼气的甲烷含量低，不足以支持燃烧，此时需要消耗备用的瓶装液化气，消耗量为：

1.5Kg/h。

●蒸汽

不消耗

●水

本装置只有水封罐消耗新鲜水，水封罐采用溢流水形式稳定水封面高度，消耗量为：

冬季0.6m3/h。

五、综合能耗

●供电：

380V/AC50Hz5kw

●仪表系统:

0.3kw

●电伴热:

2.5kw（仅冬季用）

●点火：

500kw（短时）

●照明：

600w（仅晚上用）

六、生产控制分析

（不需要）

七、装置控制分析

●工艺

工艺管道的接口界面为：

界区外1米。

管道编号：

154-150-CH4-CA2-1FA

Ø介质：

沼气

Ø流量：

50～400Nm3/h

Ø压力：

2-10kPa

Ø温度：

常温

●公用工程

新鲜水管道接口界面为：

界区外1米。

管道编号:

154-25-PW-01-02-CA2-2FA-H

Ø介质：

水

Ø流量：

0.2～5m3/h

Ø压力：

0.2～0.6MPa

Ø温度：

常温

污水管道接口界面为：

界区外1米。

管道编号：

154-50-00-01-03-CA2-1FA

Ø介质：

污水

Ø流量：

0.2～5m3/h

Ø压力：

0.2～0.6KPa

Ø温度：

常温

●电

分界面：

电气柜通讯接口

类型：

ModBUS协议

●排放物

燃烧产物排向15米以上的高空扩散掉，避免燃烧废气对地面空气质量的影响，满足《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1997）和《环境空气质量标准》（GB3095-1996）的要求。

●辐射

本装置把沼气燃烧完全控制在防辐射隔热罩内，外界看不到火焰。

可将热辐射和光污染对工作人员和周围设备的影响降至最低。

●噪音

本装置的燃烧噪音经过防辐射隔热罩和安全隔离墙进行屏蔽，降低到满足《工业企业厂界噪声标准》（GB12348-1997）的要求，不影响周围环境。

第二章装置工艺与设备

第一节工艺说明

一、工艺技术线路

本装置采用先进、成熟的工艺线路，满足安全、环保的要求，满足操作、维护、检修的要求，并且小、运行和维护费用低。

自污水场处理装置来的沼气首先进入水封罐，通过水封罐的沼气分为两路，一路为沼气燃烧气支燃（长明灯）用燃料气，另一路有分为三路分别进入燃烧器组的第一级、第二级进行焚烧和进入排空管直接放空（在燃烧系统故障和临时抢修时临时使用）。

整套装置在自动点火系统的集中监控下自动运行，本装置不设值守岗位，正常的操作和监视并入操作室的DCS系统。

二、工艺特点

●投资效，自动化成都高，不专设值守岗位。

●能耗、公用工程消耗很小，运行费用低。

●满足国家安全、环保强制性标准要求。

●流程简单、操作维护简便

第二节工艺过程原理

本火炬采用全自动点火系统并具有半自动、手动和硬手动功能。

具有长明灯模式和全自动点火模式两种运营模式。

自动点火系统流程图见“放空火炬自动点火流程图”。

自动点火系统的组成：

由一套自动点火控制器（由PLC构成）；检测放空尾气的一台压力变送器；地面火炬专用的二套点火器、两台拌烧长明灯；点火控制电磁阀组成；两支长明灯热电偶和一套火焰探测器组成。

点火系统配有UPS电源，可保证停电时对火炬的自动点火，保证火炬安全。

全自动点火运行模式：

当尾气超压需要排放时安装在水封罐前的压力变送器返回压力信号，当压力值达到设定值气体突破水封压力流向火炬燃烧器，同时自动点火控制器启动火炬点火器对火炬进行自动点火，并打开拌烧长明灯电磁阀使长明灯点燃，当火焰探测器探测到火焰信号后，点火器停止点火，拌烧长明灯保证燃烧器稳定的燃烧。

当火炬气排放完毕，火炬气压力值低于设定值，系统关闭长明灯燃料气电磁阀，自动点火系统返回待命状态。

在长期无火炬气排放的情况下，点火系统定期对点火器试点火。

若自动点火控制器发现点火设备异常，则输出故障报警信号。

长明灯模式：

若尾气需要连续排放活频繁排放，则点火系统运行长明灯模式。

在长明灯模式下，控制器连续检测长明灯温度，若长明灯熄灭则自动将其点燃，保持长明灯若在设定的时间内不能成功的点燃长明灯，则发出故障报警信号，提醒值班人员及时修复，保证火炬系统安全。

第三节工艺流程简述

工艺流程见《沼气处理工艺管道及仪表流程图》，图号：

PYH-SDCL-01-011。

放空沼气通过管道进入本装置，首先进入水封罐。

通过水封罐后的沼气一路进入点火系统作为点火器（也可称长明灯）的燃料气，支持燃烧；另一路又分为三个支路分别由电动蝶阀自动控制分别进入燃烧器组的第一级、第二级进行焚烧和进入排空管直接放空（在燃烧系统故障和临时抢修试时临时使用）。

在排汽管支路的电动阀处还并联有截止阀和爆破膜。

整套装置在自动点火系统的集中监控下自动运行，本装置不设值守岗位，正常的操作和监视并入操作室的DCS系统。

所有自动阀门和点火器均由沼气入口处的压力变送器（位号：

PIC0101）作为触发条件进行控制，当压力高于下限时，沼气突破水封点火器启动并正常燃烧；当压力高于上限并且点火器燃烧时，自动打开第一级燃烧器阀门沼气进入第一级然烧起组进行燃烧；当压力高于上限并且点火器燃烧时，自动打开第二级燃烧器阀门沼气由第一、二级燃烧器组同时进行燃烧；当压力低于上限时，关闭第二级燃烧器；当压力低于下限时，关闭同时关闭第一、二级燃烧器；当压力低于下限时，关闭关闭点火器。

若在燃烧塔和关联的自动阀门出现故障时和临时抢修时打开排空管电动阀，沼气临时直接排空。

当出现严重故障或操作失误时，沼气压力达到爆破膜设定压力，爆破膜破裂沼气直接排空，防止管道超压对装置产生危害，避免发生事故。

第四节主要操作条件及技术指标

水封罐（154-D-402A）的水封压力在火炬自动点火系统中起到前提作用，说服那个高度为：

250mm水柱。

放空气燃烧开阀的临界压力分为：

低低（2.8KPa）低（3.4KPa）高（4.0KPa）高高（4.6KPa）当水封前总管压力大于3.4KPa时打开长明灯，是长明灯燃烧；当大于4.0KPa时打开第一级燃烧器阀，长明灯引燃第一级燃烧器；当大于4.6KPa时打开第二级燃烧器阀，长明灯引燃第二级燃烧器；当压力小于4.0KPa时关闭第二级燃烧器阀，小于3.4KPa时关闭第一级燃烧器阀，小于2.8KPa时关闭长明灯。

当放空气压力大于5.5KPa时打开排空管阀，突破爆破膜直接排放到空中。

第五节工艺设备

一、燃烧塔

燃烧塔位号：

（154-C-401A）

燃烧塔是本装置中最关键的设备，承担绝大部分沼气的安全、环保的焚烧处理，由基础、防辐射隔热罩和燃烧器组组成。

本燃烧塔采用大过剩空气系数进行负压燃烧，防辐射隔热罩内置耐火材料能阻止热、光的辐射和隔离燃烧噪音，并具有烟囱作用，可引入足够的燃烧和降温空气，把然少产物排入高空扩散。

燃烧器组由7支燃烧器组成，采用耐高温合金钢310SS、304材料制造，采用分段燃烧，以便适应沼气的最小和最大量的工况。

主要参数：

●总高：

15000mm

●防辐射隔热罩外径：

2000mm

●防辐射隔热罩内经：

1400mm

●防辐射隔热罩重量：

约20t

●防辐射隔热罩表面温度：

≤150℃

●处理量：

50～400Nm3/h

●安全防护墙外的最大噪音：

≤65db

●安全防护墙的最大热辐射强度：

≤1.5KW/m2

二、防风消音墙

防风消音墙位号：

154-SI-401A

防风消音墙由钢筋混凝土制成，其上面安装固定点火器、火焰监测器、看火孔等，并设有防爆检修门（位于西北角）。

防风消音墙可以防止大风对燃烧塔的干扰，阻挡燃烧噪音和热辐射，并且在极端条件下万一发生爆燃现象，可以承受爆燃压力，迫使爆燃物波向上泄放，避免地面人员和设备发生危险。

另外放风消音墙还具备防止较大野生动物进入焚烧塔的功能。

主要参数：

●高度：

4000mm

●外径：

4500mm

●防爆检修门：

800X2000mm

三、水封罐

水封罐位号：

154-D-402A

水封罐安装在沼气进入本装置的入口处，采用新鲜水定量补水，出口溢流的方式稳定水面，溢出的水进入污水管网。

采用保温和电伴热的方式防止冬季结冰，采用冬季加大给水量的方式防止进水、出水口污水入口处结冰。

水封罐上面安装由液位计（LG0101）、压力表（PG0101）、温度计（TG0101），除沼气出入口外还设有一个进水口、三个溢流口、一个排液口和两个检修人孔。

水封罐的作用：

●使前面管道和厌氧反应池保持一定正压，防止空气进入。

●防止气体倒流，空气自燃烧器开口处进入管道。

●防止管道回火发生危险。

主要参数：

●主体材质为：

16MnR

●总高：

2900mm

●水封罐外径：

800mm

●设备净质量：

约870kg

●设备充水质量：

约1150kg

●设备最大质量：

约2140kg

●腐蚀裕量：

2mm

●设计压力：

1.0MPa

●设计温度：

-20～40℃

●试验压力：

1.25MPa

●地震设防烈度：

7度

四、点火器

点火器（长明灯）的位号：

154-PU-403A/B

点火器是焚烧塔的点火源，直接关系到焚烧塔的安全运行。

本装置配两套PYH-4360型地面火炬专用点火器，沿防风墙180度分布。

在燃烧器正常的情况下，只要有其中一套正常就可保证燃烧器的安全可靠点燃，起到双保险作用。

本点火器采用常燃模式，故也可称其为长明灯，配置有文丘利混合器、半导

体高能放电嘴和测温铠装热电偶。

正常情况下由水封罐来的沼气作为燃料气，以节约燃料能源。

当沼气的甲烷含量过低时采用设备燃料（瓶装液化气）。

由地面火炬自动点火PLC通过高能半导体点火器产生点火高压脉冲送至高能放电嘴，产生高能火球，同时PLC打开给点火器供应燃料气的电磁阀，燃料气经点火器的文丘利混合器引入一定量的预混合一次空气，自点火器燃烧头喷出，遇高能火球点燃。

铠装热点偶测到火焰温度高能点火器停止点火，点火器作为长明灯伴随燃烧器燃烧，PLC送出点火器正常燃烧指示信号。

当点火器熄灭温度下降，则PLC自动控制高能点火器点燃，若在点火设定时间内未测到火焰温度，则PLC关闭高能点火器和燃料气电磁阀，并送出点火超时报警信号。

只要参数：

●高温部位材质：

SUS310S（0Cr25Ni20）

●其余部位材质：

SUS304

●防爆类型：

ExdIIBT4

●点火电压：

DC2500V

●放电能量：

8J

●燃气压力：

0.3~3kPa

●燃气流量：

0.7~2Nm3/h

●放电嘴寿命：

200000次火花

●环境温度：

-40－60℃

●环境湿度：

≤90％RH

●外形尺寸：

∮48X2300

●电气接口：

NPT1/2

●燃气接口：

NPT1/2

●备用燃气接口：

NPT1/2

五、防爆直燃点火器

防爆直燃点火器（高能点火发生器）：

154-S-403A/B

本装置安装两套直燃高能点火器，对应两台长明灯。

本点火器采用航空航天点火器具有起弧电压低、能量集中、不怕积炭和污染。

甚至在水中也能正常产生火球。

本点火器在点火系统PLC的自动控制下，将220V的低压电转换为高压脉冲点火电源传送至点火器点燃长明灯。

●电源：

AC220V±10%/2A（MAX）

●电气接口：

MPT3/4

●输出电压：

2500V

●放电能量：

8J

●火花频率：

12-16次/秒

●放电嘴寿命：

200000次火花

●环境温度：

－40－65℃

●环境湿度：

≤90％RH

●防爆等级：

ExDIIBT4

●外形尺寸：

宽×高×厚＝260×320×140mm

●安装尺寸：

4-Φ10300×188架装

第八节公用工程

本装置公用工程主要新鲜水和电：

只有水封罐消耗新鲜水，水封罐采用溢流水形式稳定水封面高度；电为点火器用电、控制系统用电和夜间照明用电。

第九节

本装置没有设置盲板

第三章装置开关规程

第一节开工程序

所有设备安装完毕，仪表校对完毕，检查无误方可开工。

第二节开工准备

一、开工检查内容

管道阀门的气密性、仪表校对的准确性、控制系统的完整性。

二、单机试运

当气源压力达到火炬点火器点火压力范围之内，打开点火器控制阀门使气体流向长明灯，按下点火按钮。

三、装置的贯通吹扫、水冲洗及试压

卸掉电磁阀、电动阀、压力变送器、过滤器，换成直或弯通，以防止损坏仪表功能。

打开所有管线上的手动阀门，以便焊渣排出。

四、水联运

保持水封罐用水正常。

五、化学清洗

本装置大部分采用不锈钢，故不需要化学清洗。

六、工业炉及其系统的烘干

（不需要）

七、催化剂及其填料函

（不需要）

八、系统气密装置

对系统所有管线进行吹扫，安装吹扫过程中更换的阀门仪表，然后用氮气置换管线中的空气。

第三节开工操作

1、检查火炬自动点火控制箱、功率驱动保护箱、电磁阀、高能发生器、点火器、紫外线火焰探测器、热电偶接线准确无误，给系统送上AC220V/50Hz电源；

2、按动点火启动按钮给电磁阀前后隔离阀，按手动点火启动按钮，给长明灯送点火气源和给点火器送高压电弧，调节隔离阀开度使长明灯燃烧火焰高度在30mm左右；观察热点偶温度显示是否正常；并检查点火气源是否正常，点火供气管线是否通畅；

第四章岗位操作法

本装置不设值守岗位，但需要定期对火炬燃烧系统中设备，仪表进行检查。

正常的操作和监视并入操作室的DCS系统，由DCS系统操作员对火炬状态进行监视，当系统发出报警时，通知火炬管理员到现场重新启动PLC系统，如还不能正常运行请及时通知厂家。

第一节装置操作参数和操作条件的调整

第二节主要岗位操作

第三节关键设备操作

第四节专用设备操作

第五节常规参数的检查内容

第五章装置停工规程

第一节停工程序（长期停工）

一、停工程序

如果火炬系统长期停工手动打开放空阀，并对所有管线进行吹扫，以确保火炬管线中无残留气体。

二、停工操作

操作工到火炬现场手动打开放空管线的阀门。

火炬控制系统除于就绪状态。

第二节临时停工（非正常停工）

非正常停工时，火炬信号突然中断阀门将自动关闭，并传给DCS火炬异常报警信号。

手动打开放空阀，并手动打开液化气罐给长明灯送燃料气，手动点燃长明灯。

第六章装置事故处理规程

第一节原料、燃料、动力中断事故处理

一、原料及辅助原料中断

原料及辅助原料中断在此装置中就是尾气排放中断，如尾气排放中断火炬将自动熄灭，PLC接受不到尾气压力信号，将不启动点火信号系统将处于就绪状态。

二、燃料气中断

本装置采用尾气点火和液化气罐点火，不存在燃料气中断问题。

三、停水

1、停循环水

循环水为水封罐液封用给PLC提供压力信号，如一旦循环水停止，水封罐将不予PLC提供压力信号，PLC将无法得知有尾气排放，阀门不打开，点火信号不启动。

形成与停电时一样，如工作人员知道循环水停止，可手动打开阀门使尾气排放到火炬燃烧塔，手动点火使尾气在焚烧塔中燃烧。

火炬控制系统监测到火焰信号，说明控制系统出现问题，给DCS火炬异常报警信号。

2、停新鲜水

与此装置无关

3、停除盐水

与此装置无关

4、停电

电是此装置中最重要的一部分，所有的阀门、信号、点火都要用电来处理，如果发生突然停电电动阀门打不开，所有尾气将冲破爆破膜经放气管线直接排放到大气中（注：

短时间可）停蒸汽

本装置中没有用到蒸汽，故蒸汽停止与此装置无关。

5、停氮气

氮气只用于装置熄灭时使用，以防止产生回火现象。

氮气防止回火只是其中一种，如氮气停止水封罐水封可组织火焰可阻止火焰向回流穿。

第二节连锁自保启动处理

此装置时为单独的处理装置，只与现场的仪表、阀门进行连锁，如果现场阀门、仪表出现故障，PLC接受不到信号，系统不与运行，如果强制运行，可到控制箱手动启动。

此装置是为单独的处理装置，只提供部分信号和控制信号给DCS系统。

第三节DCS故障处理

DCS一旦出项故障不会营销本装置的正常运行，因此装置现场有完整的PLC控制系统，装置正常运行。

现场可单独实现自动、手动点火。

第七章控制三废排放的操作规程

第一节概述

在现实生活中，国家明文规定“三废”的排放要合乎要求，但在各石油、钢厂、液化气站、城市污水等，都存在“三废”超标问题，在此情况下我公司针对“三废”作出明确处理，研究此装置，此装置一经使用不会产生废水、废渣、废气现象，所以称为环保装置。

第二节环境保护

一、装置的主要排放物

装置的主要燃烧物为：

甲烷（CH4）经燃烧后主要产物为二氧化碳（CO2）和水（H2O）。

二、核辐射

与本装置无关

三、有害物质及化学品安全数据

第三节三废处理

废水处理：

此装置用水处，为水封罐液压用水，且为循环水。

使用完后不含油污，可直接排放到污水池或下水道。

废渣处理：

此装置不会存留废渣，故不存在废渣的处理。

废气处理：

此装置本来就是用来处理工厂车间、城市废气的装置，经燃烧后可直接放到大气层。