火炬氣的回收利用及安全技術(shù)改造

小水

摘要: 乙烯工程需要設(shè)置火炬系統(tǒng)�；鹁鏆庥蓺錃狻⒌獨�、碳一、碳二、碳三、碳四及碳五組成, 它們
均為可利用能源, 因此需對火炬氣進行回收再利用。對于不能完全回收的雜質(zhì), 要用安全、環(huán)保的火炬
頭燒除�；鹁嫦到y(tǒng)的技術(shù)改造需做到因地制宜, 資源互補, 提高經(jīng)濟效益。
關(guān)鍵詞: 乙烯工程; 火炬系統(tǒng); 安全技術(shù); 改造
中圖分類號: X 931 文獻標識碼: B 文章編號: 1009- 0045( 2006) 03- 0221- 03
火炬系統(tǒng)作為乙烯工程的安全設(shè)施和環(huán)保
措施, 是不可缺少的組成部分。乙烯裝置及下游
各裝置試車、開車、停車時, 均會產(chǎn)生許多易燃、
易爆氣體, 為了防止事故發(fā)生和保護環(huán)境, 保證
設(shè)備和人身安全, 需設(shè)置火炬系統(tǒng), 以處理生產(chǎn)
裝置排放出的易燃、易爆物質(zhì)。
1 火炬氣
1. 1 組成
正常生產(chǎn)時, 大部分裝置無烴類物質(zhì)排放。
但由于閥門的泄漏及誤操作等原因, 可能會導(dǎo)致
火炬氣排放。中國石油蘭州石化分公司石油化
工廠(以下簡稱石化廠)火炬氣組成見表1。
表1 石化廠火炬氣組成%
組成體積分數(shù)試樣1 試樣2 試樣3 試樣4 試樣5 試樣6
氫氣23. 36 35. 55 31. 31 31. 71 24. 35 27. 33
氮氣6. 36 11. 89 6. 06 8. 38 7. 64 7. 11
碳一63. 09 43. 91 53. 61 39. 84 44. 86 41. 25
碳二1. 82 3. 49 3. 43 8. 27 5. 21 5. 53
碳三1. 74 2. 36 1. 85 4. 84 6. 34 8. 38
碳四與碳五3. 36 2. 80 3. 69 6. 94 11. 60 10. 40
注: 試樣1~ 試樣6 為不同時間所取的樣品。
由表1 可見, 火炬氣都是由有用資源組成
的。為了減少環(huán)境污染, 節(jié)約能源, 應(yīng)設(shè)置火炬
氣回收裝置。通過回收, 將火炬氣作為燃料或生
產(chǎn)原料加以利用。
1) 氣柜; 2) 分液罐; 3) 新增分液罐; 4) 原有螺桿壓縮機; 5) 水封罐; 6) 新增水封罐; 7) 新增壓縮機;
8) 原有水環(huán)式壓縮機; 9) 新建火炬; 10) 原有火炬(實線部分為舊裝置, 虛線部分為新裝置。)
圖1 新舊火炬回收流程
1. 2 回收工藝
現(xiàn)有24萬t/a乙烯生產(chǎn)裝置, 配有設(shè)計能力
為524 t/h的火炬系統(tǒng), 承擔各個裝置排放的火
收稿日期: 2005 - 09- 21; 修回日期: 2006- 02- 27
作者簡介: 許立鴻( 1974) ), 男, 甘肅蘭州人, 學(xué)士, 工程師。
現(xiàn)從事技術(shù)改造項目實施工作。已發(fā)表論文3篇。
炬氣處理任務(wù)。該系統(tǒng)還配有30 000m3 的火炬氣
回收氣柜和6 000m3 /h(標準狀況, 下同)的水環(huán)式
回收壓縮機各1臺, 3臺1 800m3 /h的螺桿式壓縮
機。其回收流程見圖1的實線部分。
由圖1可知, 火炬氣回收系統(tǒng)由水封系統(tǒng)和
火炬氣回收裝置組成。水封罐設(shè)在火炬前, 既可
作為防止火炬系統(tǒng)回火的安全設(shè)施, 又可作為火
炬氣回收和壓力控制設(shè)備, 以防止壓縮機抽真
空�；厥障到y(tǒng)還需要設(shè)置氣柜和壓縮機。氣柜
的容積與壓縮機配套�；鹁鏆獾牧髁亢徒M成常
有變化, 因此不能使用離心式壓縮機, 而選用水
環(huán)式壓縮機。
壓縮機依靠自控儀表控制報警和連鎖系統(tǒng)。
為了確保安全, 應(yīng)在壓縮機入口管線上安裝氧含
量分析儀。當含氧體積分數(shù)大于1. 5% 時報警,
若繼續(xù)升高至2. 0% 時, 則壓縮機連鎖停車。安
裝臨時取樣口, 定期分析火炬氣中的含氧量, 以
便校對氧含量分析儀的準確性。
2 火炬系統(tǒng)的安全因素
火炬氣燒除部分包括火炬頭、火炬筒體、分
液罐、水封罐、點火器、泵等設(shè)備及其他設(shè)施。對
火炬系統(tǒng)有以下要求: ( 1)火炬系統(tǒng)必須分離出
直徑大于300 Lm的可燃液滴, 因為這些液滴不
易被燒除, 因此會導(dǎo)致火炬頭燃燒時出現(xiàn)下/ 火
雨0現(xiàn)象; ( 2)要有可靠的點火裝置, 做到多余的
廢氣隨來隨燒; ( 3)火炬頭要有穩(wěn)定的燃燒性能,
在任何氣候條件下, 都能穩(wěn)定地、完全地燃燒, 不
產(chǎn)生煙霧; ( 4)火焰產(chǎn)生的熱輻射會對周圍環(huán)境
和地面人員、設(shè)備產(chǎn)生影響, 因此要確保設(shè)備和
人員的安全。
3 安全措施
3. 1 點火裝置
火炬系統(tǒng)設(shè)有三級點火系統(tǒng), 即自動點火、
操作室手動遠距離點火和現(xiàn)場地面內(nèi)傳焰點火。
三級點火均采用高壓電點火, 其中后者為防爆
型�；鹁骖^應(yīng)設(shè)4套長明燈。
3. 2 火炬頭
火炬頭的主要故障為燒毀或脫火。為此采
取了下列措施以保證火炬頭燃燒的可靠性, 延長
火炬頭使用壽命, 降低燃燒噪音。
( 1)火炬頭上部材料采用鎳基耐熱合金(GH
30), 以此保證耐高溫和耐腐蝕性。
( 2)為了保證火炬系統(tǒng)安全運轉(zhuǎn), 在火炬頭
上設(shè)置熱電偶測溫儀, 溫度達到900 e 時報警。
現(xiàn)場點火器上裝有長明燈的燃燒狀態(tài)指示燈, 從
點火器上引出長明燈的開關(guān)狀態(tài)信號到控制室
的DCS系統(tǒng)。對長明燈所用燃料氣設(shè)置了流量
測定調(diào)節(jié)系統(tǒng), 燃料氣管線上還裝有壓力檢測儀
表, 壓力低于0. 1MPa時報警。
( 3)為了保證火炬的穩(wěn)定燃燒, 確保高流速
下不脫火, 除限制火炬頭氣體流動最大馬赫數(shù)小
于0. 5外, 還要在火炬燃燒器出口處安裝火焰穩(wěn)
定器。利用形成的熱回流區(qū), 保證即使成為懸空
火焰, 也不會出現(xiàn)脫火、熄火現(xiàn)象。
( 4)引射空氣噴嘴采用小孔徑多孔梅花噴
嘴, 并加有消音器, 頂部噴嘴設(shè)計成多孔噴嘴, 各
孔具有不同孔徑與角度, 以控制蒸汽射入深度,
減少噪音。
3. 3 分子密封器
用分子密封器將火炬氣放散筒和火炬頭連
接到一起。其主要功能是: 在排放氣中斷后, 阻
止空氣倒流進入火炬筒體內(nèi), 確保再次排放時不
會發(fā)生回火或爆炸。其工作原理是: 采用相對分
子質(zhì)量較空氣小的惰性氣體作為密封氣(本系統(tǒng)
采用氮氣), 由于浮力的作用, 密封氣充滿分子密
封器的上部, 這樣空氣只可能依靠分子擴散進入
火炬筒體。如果氮氣流速大于分子擴散速度, 即
可阻止空氣倒流至火炬筒體內(nèi)。分子密封器設(shè)
有排液口, 能及時排出雨水和可能產(chǎn)生的凝液。
3. 4 其他
分液罐用于火炬氣中液體組分的分離與貯
存。必須分離出粒徑為300 Lm的液滴。
水封罐是隔離裝置與火炬設(shè)施之間的安全
設(shè)備。
4 技術(shù)改造方案選擇
火炬系統(tǒng)改造方案最終歸結(jié)為2個: ( 1) 2套
乙烯裝置及下游裝置的火炬氣都集中在1 個火
炬系統(tǒng)回收或排放燒除; ( 2) 2套火炬分別燒除
新、老乙烯裝置的火炬氣。
若采用第一種方案, 由于2套乙烯的供電為
不完全獨立供給系統(tǒng), 電網(wǎng)的晃動會導(dǎo)致2套乙
# 222# 石 化 技 術(shù) 與 應(yīng) 用 第24卷
烯同時出現(xiàn)事故停車的現(xiàn)象, 必須按照2套乙烯
裝置火炬氣最大排放量疊加合建1座火炬。應(yīng)
考慮對地面熱輻射的影響, 排放高度及地面不安
全區(qū)域?qū)�會大幅度增�? 況且施工和維修難度
增大。
采用第二種方案, 新建火炬和老火炬系統(tǒng)可
實現(xiàn)連接并網(wǎng)操作, 其優(yōu)點是: ( 1)靈活性高, 2套
火炬既可并聯(lián)運行, 也可分別獨立運行; ( 2)火炬
筒不高, 維修方便; ( 3)可以在裝置停車檢修時,
火炬切換檢修, 以保證在裝置檢修期間對罐區(qū)排
放物的處理; ( 4)可以回收利用更多的燃料氣, 提
高經(jīng)濟效益。故選用第二方案。
在24萬t/a 乙烯裝置的基礎(chǔ)上, 新建1 套
45萬t/a乙烯系統(tǒng)后, 采用第二方案, 新增了1套
火炬回收裝置, 其流程見圖1 虛線部分。由圖1
可知, 只要切斷圖示中C, D閥, 施工不會對舊系
統(tǒng)生產(chǎn)造成大的影響, 只影響壓縮機短時間停
車。圖中A, B, C, D, E 閥均處于開路狀態(tài), 兩系
統(tǒng)來的火炬氣均進入氣柜, 經(jīng)壓縮機加壓后進入
燃料管網(wǎng)進行回收利用, 確�；鹁嫦�滅。
當生產(chǎn)異常時, 火炬氣排放量增大, 不能完
全及時回收, 導(dǎo)致氣柜高位信號連鎖反應(yīng), 圖中
A, B, E 閥自動切斷。若此時氣柜高位是由于來
自舊裝置生產(chǎn)異常所致, 則舊火炬即會因為大量
排放氣沖破水封壓力而自動點火, 而新系統(tǒng)因為
已經(jīng)同舊系統(tǒng)切開, 新壓縮機單獨對其排放氣進
行回收, 新火炬仍然保持處于熄滅狀態(tài); 反之, 則
舊系統(tǒng)正常運行, 舊火炬保持熄滅, 新火炬自動
點火。
5 結(jié)束語
火炬系統(tǒng)是乙烯工程不可缺少的組成部分,
是乙烯工程的安全設(shè)施和環(huán)保措施�；鹁鏆馐�
寶貴的資源, 應(yīng)該盡量回收。為了保證火炬系統(tǒng)
正常運行, 技術(shù)改造方案和工程實施階段必須把
安全放在第一位�；鹁嫦到y(tǒng)必須能夠承擔各生
產(chǎn)裝置正常開、停車及事故排放時的安全, 達到
國家規(guī)定的安全要求和環(huán)保標準。

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