火炬气的回收利用及安全技术改造

小水

摘要: 乙烯工程需要设置火炬系统。火炬气由氢气、氮气、碳一、碳二、碳三、碳四及碳五组成, 它们
均为可利用能源, 因此需对火炬气进行回收再利用。对于不能完全回收的杂质, 要用安全、环保的火炬
头烧除。火炬系统的技术改造需做到因地制宜, 资源互补, 提高经济效益。
关键词: 乙烯工程; 火炬系统; 安全技术; 改造
中图分类号: X 931 文献标识码: B 文章编号: 1009- 0045( 2006) 03- 0221- 03
火炬系统作为乙烯工程的安全设施和环保
措施, 是不可缺少的组成部分。乙烯装置及下游
各装置试车、开车、停车时, 均会产生许多易燃、
易爆气体, 为了防止事故发生和保护环境, 保证
设备和人身安全, 需设置火炬系统, 以处理生产
装置排放出的易燃、易爆物质。
1 火炬气
1. 1 组成
正常生产时, 大部分装置无烃类物质排放。
但由于阀门的泄漏及误操作等原因, 可能会导致
火炬气排放。中国石油兰州石化分公司石油化
工厂(以下简称石化厂)火炬气组成见表1。
表1 石化厂火炬气组成%
组成体积分数试样1 试样2 试样3 试样4 试样5 试样6
氢气23. 36 35. 55 31. 31 31. 71 24. 35 27. 33
氮气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
碳四与碳五3. 36 2. 80 3. 69 6. 94 11. 60 10. 40
注: 试样1~ 试样6 为不同时间所取的样品。
由表1 可见, 火炬气都是由有用资源组成
的。为了减少环境污染, 节约能源, 应设置火炬
气回收装置。通过回收, 将火炬气作为燃料或生
产原料加以利用。
1) 气柜; 2) 分液罐; 3) 新增分液罐; 4) 原有螺杆压缩机; 5) 水封罐; 6) 新增水封罐; 7) 新增压缩机;
8) 原有水环式压缩机; 9) 新建火炬; 10) 原有火炬(实线部分为旧装置, 虚线部分为新装置。)
图1 新旧火炬回收流程
1. 2 回收工艺
现有24万t/a乙烯生产装置, 配有设计能力
为524 t/h的火炬系统, 承担各个装置排放的火
收稿日期: 2005 - 09- 21; 修回日期: 2006- 02- 27
作者简介: 许立鸿( 1974) ), 男, 甘肃兰州人, 学士, 工程师。
现从事技术改造项目实施工作。已发表论文3篇。
炬气处理任务。该系统还配有30 000m3 的火炬气
回收气柜和6 000m3 /h(标准状况, 下同)的水环式
回收压缩机各1台, 3台1 800m3 /h的螺杆式压缩
机。其回收流程见图1的实线部分。
由图1可知, 火炬气回收系统由水封系统和
火炬气回收装置组成。水封罐设在火炬前, 既可
作为防止火炬系统回火的安全设施, 又可作为火
炬气回收和压力控制设备, 以防止压缩机抽真
空。回收系统还需要设置气柜和压缩机。气柜
的容积与压缩机配套。火炬气的流量和组成常
有变化, 因此不能使用离心式压缩机, 而选用水
环式压缩机。
压缩机依靠自控仪表控制报警和连锁系统。
为了确保安全, 应在压缩机入口管线上安装氧含
量分析仪。当含氧体积分数大于1. 5% 时报警,
若继续升高至2. 0% 时, 则压缩机连锁停车。安
装临时取样口, 定期分析火炬气中的含氧量, 以
便校对氧含量分析仪的准确性。
2 火炬系统的安全因素
火炬气烧除部分包括火炬头、火炬筒体、分
液罐、水封罐、点火器、泵等设备及其他设施。对
火炬系统有以下要求: ( 1)火炬系统必须分离出
直径大于300 Lm的可燃液滴, 因为这些液滴不
易被烧除, 因此会导致火炬头燃烧时出现下/ 火
雨0现象; ( 2)要有可靠的点火装置, 做到多余的
废气随来随烧; ( 3)火炬头要有稳定的燃烧性能,
在任何气候条件下, 都能稳定地、完全地燃烧, 不
产生烟雾; ( 4)火焰产生的热辐射会对周围环境
和地面人员、设备产生影响, 因此要确保设备和
人员的安全。
3 安全措施
3. 1 点火装置
火炬系统设有三级点火系统, 即自动点火、
操作室手动远距离点火和现场地面内传焰点火。
三级点火均采用高压电点火, 其中后者为防爆
型。火炬头应设4套长明灯。
3. 2 火炬头
火炬头的主要故障为烧毁或脱火。为此采
取了下列措施以保证火炬头燃烧的可靠性, 延长
火炬头使用寿命, 降低燃烧噪音。
( 1)火炬头上部材料采用镍基耐热合金(GH
30), 以此保证耐高温和耐腐蚀性。
( 2)为了保证火炬系统安全运转, 在火炬头
上设置热电偶测温仪, 温度达到900 e 时报警。
现场点火器上装有长明灯的燃烧状态指示灯, 从
点火器上引出长明灯的开关状态信号到控制室
的DCS系统。对长明灯所用燃料气设置了流量
测定调节系统, 燃料气管线上还装有压力检测仪
表, 压力低于0. 1MPa时报警。
( 3)为了保证火炬的稳定燃烧, 确保高流速
下不脱火, 除限制火炬头气体流动最大马赫数小
于0. 5外, 还要在火炬燃烧器出口处安装火焰稳
定器。利用形成的热回流区, 保证即使成为悬空
火焰, 也不会出现脱火、熄火现象。
( 4)引射空气喷嘴采用小孔径多孔梅花喷
嘴, 并加有消音器, 顶部喷嘴设计成多孔喷嘴, 各
孔具有不同孔径与角度, 以控制蒸汽射入深度,
减少噪音。
3. 3 分子密封器
用分子密封器将火炬气放散筒和火炬头连
接到一起。其主要功能是: 在排放气中断后, 阻
止空气倒流进入火炬筒体内, 确保再次排放时不
会发生回火或爆炸。其工作原理是: 采用相对分
子质量较空气小的惰性气体作为密封气(本系统
采用氮气), 由于浮力的作用, 密封气充满分子密
封器的上部, 这样空气只可能依靠分子扩散进入
火炬筒体。如果氮气流速大于分子扩散速度, 即
可阻止空气倒流至火炬筒体内。分子密封器设
有排液口, 能及时排出雨水和可能产生的凝液。
3. 4 其他
分液罐用于火炬气中液体组分的分离与贮
存。必须分离出粒径为300 Lm的液滴。
水封罐是隔离装置与火炬设施之间的安全
设备。
4 技术改造方案选择
火炬系统改造方案最终归结为2个: ( 1) 2套
乙烯装置及下游装置的火炬气都集中在1 个火
炬系统回收或排放烧除; ( 2) 2套火炬分别烧除
新、老乙烯装置的火炬气。
若采用第一种方案, 由于2套乙烯的供电为
不完全独立供给系统, 电网的晃动会导致2套乙
# 222# 石 化 技 术 与 应 用 第24卷
烯同时出现事故停车的现象, 必须按照2套乙烯
装置火炬气最大排放量叠加合建1座火炬。应
考虑对地面热辐射的影响, 排放高度及地面不安
全区域将会大幅度增加, 况且施工和维修难度
增大。
采用第二种方案, 新建火炬和老火炬系统可
实现连接并网操作, 其优点是: ( 1)灵活性高, 2套
火炬既可并联运行, 也可分别独立运行; ( 2)火炬
筒不高, 维修方便; ( 3)可以在装置停车检修时,
火炬切换检修, 以保证在装置检修期间对罐区排
放物的处理; ( 4)可以回收利用更多的燃料气, 提
高经济效益。故选用第二方案。
在24万t/a 乙烯装置的基础上, 新建1 套
45万t/a乙烯系统后, 采用第二方案, 新增了1套
火炬回收装置, 其流程见图1 虚线部分。由图1
可知, 只要切断图示中C, D阀, 施工不会对旧系
统生产造成大的影响, 只影响压缩机短时间停
车。图中A, B, C, D, E 阀均处于开路状态, 两系
统来的火炬气均进入气柜, 经压缩机加压后进入
燃料管网进行回收利用, 确保火炬熄灭。
当生产异常时, 火炬气排放量增大, 不能完
全及时回收, 导致气柜高位信号连锁反应, 图中
A, B, E 阀自动切断。若此时气柜高位是由于来
自旧装置生产异常所致, 则旧火炬即会因为大量
排放气冲破水封压力而自动点火, 而新系统因为
已经同旧系统切开, 新压缩机单独对其排放气进
行回收, 新火炬仍然保持处于熄灭状态; 反之, 则
旧系统正常运行, 旧火炬保持熄灭, 新火炬自动
点火。
5 结束语
火炬系统是乙烯工程不可缺少的组成部分,
是乙烯工程的安全设施和环保措施。火炬气是
宝贵的资源, 应该尽量回收。为了保证火炬系统
正常运行, 技术改造方案和工程实施阶段必须把
安全放在第一位。火炬系统必须能够承担各生
产装置正常开、停车及事故排放时的安全, 达到
国家规定的安全要求和环保标准。

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