专注于火炬长明灯

美国柘科公司的Clayton A. Francis讨论了现代火炬长明灯检测系统的要求。

在工厂内，无论是碳氢化合物的生产、运输还是加工，火炬 ，是一个必要的安全泄压装置。燃烧器的功能是燃烧可燃和有毒气体，以紧急的方式释放，以保护工厂和附近居民的安全。火炬系统的一个重要组成部分是长明灯，因为点燃的长明灯可以确保正确点燃这些紧急火炬泄压装置。如果没有一个可靠的长明灯 ，释放物有可能排放到大气中--造成环境、人员安全和爆炸的后果。确定火炬长明灯的状态是非常重要的，在世界各地的许多设施中，这也是一项法律规定。

现有的长明灯检测技术的不足之处

在可靠的光纤检测出现之前，石油和天然气行业依靠热电偶来确定燃烧的状态。这通常是一个值得信赖的典型任务的方法，但当热电偶被用于检测长明灯火焰时，存在明显的缺陷。燃烧设备的终端用户已经发现了与传统长明灯检测技术有关的几个挑战。由于这些缺点，新的火炬长明灯解决方案的标准已经筛选出来了。本文将更详细地讨论这一标准。

准确辨别个别长明灯火焰

复杂的火炬供应商将热电偶定位，使其对火炬试验火焰的反应最为灵敏，与一般火炬火焰分开。这样一来，在大多数操作中，就可以向控制系统转达一个专属的长明灯状态。然而，由于热电偶检测热量，即使是很好的系统也会在火炬的下风侧出现错误的长明灯信号，此时长明灯火焰会因火焰撞击而变得热饱和。确保火炬安全运行的有效办法是对每个单独的引火装置状态进行离散识别，但有时热电偶根本无法做到这一点。

可靠或可维护的解决方案，可在检修期间持续使用

虽然热电偶是应用于长明灯检测的更强大的技术之一，但它们仍然是一种消耗性技术。柘科通过在长明灯、放置位置、屏蔽和绝缘中的集成热电偶来保护和保存热电偶的完整性。然而，许多工厂正在推动超过五年的检修，因此，即使有这些保护措施，从统计数据来看，热电偶也需要更换。大多数热电偶是一种固定的类型，只有在火炬 （以及使用火炬的工厂）关闭和不生产时才能进行维修。可伸缩热电偶系统在很大程度上克服了热电偶维护和操作距离的挑战，但这些热电偶只存在于所有火炬的一小部分装置中。

瞬时火焰/无火焰信号长明灯

多年来，对即时检测长明灯状态的要求一直在增加。长明灯可能会熄灭，即使没有火炬火焰的存在，热电偶和长明灯护罩也需要数分钟才能冷却到热电偶开关点以下，这时才会向操作员发出 "无长明灯火焰"的信号。如果火炬是利用可燃的吹扫气体，下风口的长明灯热电偶可能永远不会冷却到足以记录一个不工作的长明灯。即使有斜率编程、多个开关点或温度信号的模拟传输，长明灯热电偶也不会立即显示真正的长明灯状态。虽然这一缺点在很大程度上被理解，并在过去的行业中被接受，但延迟信号的潜在安全和环境后果现在越来越受到关注。

准确区分长明灯和火炬的火焰

其他技术的应用是为了克服所认为的热电偶的缺点，但这些又会带来其他操作和功能问题。有时一个火炬在计划的维修中断可以更换损坏的设备之前几个月或几年，已经失去了大部分或全部的热电偶长明灯信号。作为一种权宜之计，为了获得一些长明灯，操作员可以安装一个红外线（IR）监视器，安装在地面上。虽然火焰信号是即时的，而且在火炬在线的情况下设备很容易维护，但信号往往不能区分长明灯或长明灯火焰和火炬火焰。一个一般的火焰指示被给出，但一个或多个试点可能实际上没有运作。操作员会因为这个假的阳性读数而产生错误的安全感。

火焰电离棒的情况如何？

火焰电离棒可以应用于单个火炬长明灯，通过这样做，可以得到离散的、瞬时的单个长明灯信号。然而，与典型的加热炉安装相比，火炬的开放环境对火焰杆的应用更为严酷，而且行业经验普遍表明，不能指望火焰杆在停机机会之间可靠地发挥作用。存在其他不太常见的技术，但这些技术可能达不到快速、准确和高度耐用的长明灯检测的完整目标。

光纤系统设计

今天，几乎所有人都熟悉用智能手机拍照的便利性。事实上，今天通过智能手机拍摄的业余照片的质量和清晰度可以与30年前的便携式专业设备相媲美。光纤技术--利用光脉冲沿着薄的玻璃或塑料芯电缆或纤维传播--已经使用了几十年，用于远距离传输数据。

在长明灯火焰检测中采用光学检测技术并不是一种罕见的做法。然而，现在的这些系统通常从远处 "观察 "火炬火焰，难以区分长明灯火焰和火炬火焰。为了应对这一挑战，柘科VerifEYE光纤长明灯监测系统采用光纤技术，整体安装在火炬长明灯，将每个独特的长明灯火焰的点火状态实时传递给地面的监测器。监测器中的一个光学传感器可以识别长明灯状态，并控制长明灯的点火和功能。

以这种方式成功采用光纤技术的大部分开发工作必须集中在位于火炬"热影响区"（HAZ）内的关键上部10英尺。位于热影响区的任何设备都必须在相当长的使用寿命内，在检测火焰的同时承受极端温度。工程师们通过将光纤组件置于空气-气体预混合管道的中心，解决了这一难题（图1）。在操作过程中，空气和气体的连续流动形成了一个热屏障，以抵御燃烧温度。与其他技术（如热电偶和火焰杆）不同，光纤不与火焰接触，因为光纤的接收端安全地终止于气体尖端。尽管传感器组件受到热影响区的保护，但专用纤维和陶瓷确保设备和长明灯本身都能承受高温。

图1.光纤（红线）通过长明灯组件的路径，显示了空气和气体流向长明灯提供的热障。这显示了传感器的 "收集 "端与燃烧区的保护距离。

考虑到气体密封、热运动和现场组装，该光纤长明灯监测系统选择了机械紧固件和连接器，以确保耐用性和易用性。该系统采用了耐用光纤电缆段的模块化组装，以达到坚固耐用、经济实惠和易于安装的目的，以便将电缆安装在火炬 （图2）。这些设计方面的综合效应创造了一个长明灯监测系统，在工厂停工期间不需要定期或预期的维护。可维护的电子装置在地面上，不在危险区，并且在火炬使用时很容易进入。

图2.火炬筒，含有集成光纤电缆束的组件的安装。

纤维的狭窄视角集中在引火口的背面，引火口的火焰是稳定的。纤维的整个视角都被红外能量所饱和，这些能量被收集并传输到等级。传感器在等级上可用的红外信号总量比最小开关点体积大三个数量级，这意味着随着时间的推移，设备的正常退化将不会抑制系统确定长明灯状态的能力。除了光纤传感器专注于单个引火装置外，等级监测器还采用了火焰闪烁技术来区分引火装置和火炬火焰。由于长明灯火焰与空气预先混合，并通过小孔流出，它具有快速频率的 "闪烁"，可被光学检测器识别，这与燃烧火焰的较慢脉动不同。光学监测器内的软件可以消除较低频率的闪烁，并能区分引火火焰和照明火焰。不会出现假的长明灯信号，在火焰熄灭之前操作人员就会得到提醒。

图3.长明灯火焰的光纤系统验证发生在4秒内。长明灯火焰的热电偶验证发生在1分钟26秒内。

图4.光纤系统验证了多次试验失败和成功重燃。在间歇性故障期间，热电偶没有达到设定的开关点。系统在最终故障发生后0.166秒记录，热电偶在最终故障发生后23分钟记录了故障。

总结

专业的技术是消费者对电子产品的期望，也是加工行业对安全设备的要求。通过新一代的长明灯检测技术，精确、耐用和即时的火炬长明灯火焰信号成为可能。