燃烧炉用炉膛温度监测可靠性优化方法与流程

本发明涉及一种燃烧炉用炉膛温度监测可靠性优化方法。

背景技术：

在工业燃烧炉安全技术控制领域，特别是在石油化工行业的燃烧炉的运行过程中，燃烧炉的炉膛温度属于重要参数之一。炉膛的异常工作温度可分为温度高和温度低两种情况。其中炉膛温度高的原因主要由于燃料气量大或热值变大，炉管传热效果差，误操作导致燃烧状态不佳或炉膛着火，负荷过高等。温度高可能导致的后果是炉管内壁结焦，堵塞炉管，设备损坏等。炉膛温度低的原因主要由于燃料气量小或热值变小，炉管物料比热容变大等。温度低可能导致反应不充分，影响后续工艺等。燃烧炉的炉膛温度监测系统的安全控制，直接关系到燃烧炉在正常工况的安全运行及非正常运行工况时的安全停车。目前，本技术领域的普遍解决方案是在燃烧炉的炉膛等部位增加温度传感器进而用来进行温度指示及报警、定期监测管壁温度、制订相关操作规程等[荆文成.热处理炉炉膛温度测试分析[j].机械研究与应用,2011,(4):30-32.]。但是，工程管理人员不能对炉膛上安装温度传感器之后的炉膛温度监测系统的可靠性进行定量对比分析，从而不能实现对炉膛上温度传感器的冗余结构的优化。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中不能实现对炉膛上温度传感器的冗余结构的优化的问题，提供一种新的燃烧炉用炉膛温度监测可靠性优化方法。该方法具有能实现对炉膛上温度传感器的冗余结构的优化的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种燃烧炉用炉膛温度监测可靠性优化方法，包括以下步骤:

步骤一，梳理炉膛温度监测系统逻辑结构，计算燃料系统的失效概率；

步骤二，梳理经模拟改变炉膛温度监测系统中温度传感器的冗余结构后的炉膛温度监测系统逻辑结构，计算经模拟改变炉膛温度监测系统中温度传感器上温度传感器的冗余结构后的炉膛温度监测系统的失效概率；

步骤三，改变炉膛温度监测系统中温度传感器的冗余结构。

上述技术方案中，优选地，步骤一和步骤二中采用故障树梳理方法建立故障失效模型，计算炉膛温度监测系统的失效概率和经模拟改变炉膛温度监测系统中温度传感器的冗余结构后的炉膛温度监测系统的失效概率。

上述技术方案中，优选地，在步骤一之前还包括如下步骤：确定炉膛温度监测系统的安全完整性等级。

上述技术方案中，优选地，燃烧炉的炉膛，采用在炉膛上加装温度传感器的方式改变炉膛温度监测系统中温度传感器的冗余结构。

上述技术方案中，优选地，炉膛温度监测系统包括从机、主机和外设设备，从机包括温度传感器/光学辐射ccd工业摄像机，输出温度信号；主机用于处理用户需求指令，接受从机温度数据；外设设备主要包括温度显示设备。

上述技术方案中，优选地，温度传感器为热电阻或热敏电偶。

上述技术方案中，优选地，采用故障树分析方法建立故障失效模型，首先从“炉膛温度高高”的判断至“传感单元”、“逻辑单元”、“执行单元”的判断再到“温度传感器失效”、“输入安全栅硬件失效”、“plc失效”、“直通切断球阀硬件失效”、“直通切断球阀硬件失效”的判断。

与现有技术相比，本发明的燃烧炉用炉膛温度监测系统可靠性优化方法具有以下特点和优点：1、本发明的燃烧炉用燃料系统可靠性优化方法，实现对燃烧炉的炉膛上安装温度传感器之后炉膛温度监测系统的可靠性进行定量对比分析。2、本发明的燃烧炉用炉膛温度监测系统可靠性优化方法，通过定量对比分析对炉膛中温度传感器的冗余结构进行优化，使燃烧炉用炉膛温度监测系统的可靠性得到显著提高，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明实施例中的一种燃烧炉用炉膛温度监测系统可靠性优化方法中的温度传感器部分的逻辑结构示意图；

图2为本发明实施例中的一种燃烧炉用炉膛温度监测系统可靠性优化方法中的采用故障树梳理方法建立的故障失效模型示意图一；

图3为本发明实施例中的一种燃烧炉用炉膛温度监测系统可靠性优化方法中的采用故障树梳理方法建立的故障失效模型示意图二；

图4为本发明实施例中的一种燃烧炉用炉膛温度监测系统可靠性优化方法中的采用故障树梳理方法建立的故障失效模型示意图三。

图1中，1、温度传感器部分初始逻辑结构，2温度传感器部分第一优化逻辑结构，3、温度传感器部分第二优化逻辑结构，4、温度传感器。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

以某石油化工装置中的燃烧炉为例，结合附图对本发明予以详细描述。为了保证燃烧炉的安全运行，生产单位为燃烧炉的燃料系统设置了多重安全措施，其中，在燃烧炉炉膛上设置温度传感器就是其中一个重要的保护措施。本示例中，在燃烧炉的炉膛中部设置有一个温度传感器。基于该条件下，实现对炉膛中安装温度传感器之后炉膛温度监测系统的可靠性进行定量对比分析和对炉膛上温度传感器的冗余逻辑结构的优化。具体的，本实施例提供一种燃烧炉用炉膛温度监测可靠性优化方法，包括以下步骤:

步骤一，确定炉膛温度监测系统的安全完整性等级。

综合炉膛中炉膛温度监测系统的安全功能、触发事件或原因、人员伤亡风险、环境影响风险、经济损失风险，确定安全完整性等级(sil等级)。需要说明的是，sil等级分为4个等级，sil1、sil2、sil3、sil4，包括对产品和对系统两个层次，其中，以sil4的要求最高。本实施例中选择sil1作为燃料系统的安全完整性等级。

步骤二，梳理炉膛温度监测系统逻辑结构，计算炉膛温度监测系统的失效概率。

参照附图1，本实施例中仅以一个炉膛温度监测区块中的温度传感器部分的逻辑结构为例。温度传感器部分的初始逻辑结构为1，是在炉膛的一个监测区块上设置有一台温度传感器，即采用1oo1结构。

基于图1中安全切断阀部分初始逻辑结构1的条件，参照图2，采用故障树分析方法建立故障失效模型，首先从“炉膛温度高高”的判断至“传感单元”、“逻辑单元”、“执行单元”的判断再到“温度传感器失效”、“输入安全栅硬件失效”、“plc失效”、“直通切断球阀xv-001硬件失效”、“直通切断球阀xv-002硬件失效”的判断。

计算在图1中温度传感器部分初始逻辑结构1的条件下，炉膛温度监测系统的初始失效概率：

pfd初始＝pfd传感单元+pfd逻辑单元+pfd执行单元

≈8.71e-3+1.09e-3+2.63e-5+(3.43e-2×3.43e-2)

＝1.098e-2

其中，

pfd初始为炉膛温度监测系统的初始失效概率，pfd传感单元为炉膛温度监测系统的传感单元的失效概率，pfd逻辑单元为炉膛温度监测系统的逻辑单元的失效概率，pfd执行单元为炉膛温度监测系统的执行单元的失效概率。

pfd初始＝1.098e-2，满足sil1等级要求。

步骤三，梳理经模拟改变炉膛温度监测系统中温度传感器的冗余结构后的炉膛温度加测系统逻辑结构，计算经模拟改变炉膛温度监测系统中温度传感器的冗余结构后的炉膛温度监测系统的失效概率。

参照图1，通过改变炉膛温度监测系统中温度传感器的冗余结构来优化炉膛温度监测系统。第一种优化方式，是在炉膛上加装一个温度传感器(不同取温点)，其对应的温度传感器部分的逻辑结构就是图1中的温度传感器部分第一优化逻辑结构2，即一种1oo2冗余逻辑结构。

基于图1中安全切断阀部分第一优化逻辑结构2的条件，参照图3，采用故障树分析方法建立故障失效模型，首先从“炉膛温度高高”的判断至“传感单元”、“逻辑单元”、“执行单元”的判断再到“温度传感器失效”、“输入安全栅硬件失效”、“plc失效”、“直通切断球阀xv-001硬件失效”、“直通切断球阀xv-002硬件失效”的判断。

计算在图1中温度传感器部分第一优化逻辑结构2条件下，炉膛温度监测系统的第一优化失效概率：

pfd优化a＝pfd传感单元+pfd逻辑单元+pfd执行单元

≈(8.71e-3+1.09e-3)×(8.71e-3+1.09e-3)+2.63e-5+(3.43e-2×3.43e-2)

＝1.295e-3

其中，

pfd优化a为第一优化失效概率，pfd传感单元为炉膛温度监测系统的传感单元的失效概率，pfd逻辑单元为炉膛温度监测系统的逻辑单元的失效概率，pfd执行单元为炉膛温度监测系统的执行单元的失效概率。

pfd优化a＝1.295e-3，满足sil1等级要求。

第二种优化方式，是在炉膛上加装两个温度传感器(不同取温点)，其对应的温度传感器部分的逻辑结构就是图1中的温度传感器部分第二优化逻辑结构3，即一种2oo3冗余逻辑结构。

基于图1中温度传感器部分第二优化逻辑结构3的条件，参照图4，采用故障树分析方法建立故障失效模型，首先从“炉膛温度高高”的判断至“传感单元”、“逻辑单元”、“执行单元”的判断再到“温度传感器失效”、“输入安全栅硬件失效”、“plc失效”、“直通切断球阀xv-001硬件失效”、“直通切断球阀xv-002硬件失效”的判断。

计算在图1中温度传感器部分第二优化逻辑结构3条件下，炉膛温度监测系统的第二优化失效概率：

pfd优化b＝pfd传感单元+pfd逻辑单元+pfd执行单元

≈2.856e-4+2.63e-5+(3.43e-2×3.43e-2)

＝1.485e-3

其中，

pfd优化b为第二优化失效概率，pfd传感单元为炉膛温度监测系统的传感单元的失效概率，pfd逻辑单元为炉膛温度监测系统的逻辑单元的失效概率，pfd执行单元为炉膛温度监测系统的执行单元的失效概率。

pfd优化b＝1.485e-3，满足sil1等级要求。

综上，炉膛温度监测系统的初始失效概率已经能满足sil1等级要求，而第一优化失效概率、第二优化失效概率明显低于炉膛温度监测系统的初始失效概率，更能满足sil1等级要求。

步骤四，改变炉膛温度监测系统中炉膛上温度传感器的冗余结构。本实施例中，可以基于图1中温度传感器部分第一优化逻辑结构2或者图1中温度传感器部分第二优化逻辑结构3来改变炉膛温度监测系统中炉膛上温度传感器的冗余结构，使燃烧炉用炉膛温度监测系统的可靠性得到显著提高。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。