煤化工火炬長(zhǎng)明燈熄滅原因分析及處理方法

宋磊剛（神華榆林能源化工有限公司，陜西榆林719300）

煤化工火炬長(zhǎng)明燈熄滅原因分析及處理方法

宋磊剛（神華榆林能源化工有限公司，陜西榆林719300）

對(duì)于任何石油化工裝置、煉油裝置和煤化工裝置來(lái)說(shuō)，火炬系統(tǒng)都是生產(chǎn)的最后一道安全屏障，在工藝生產(chǎn)裝置處于正常工作狀態(tài)時(shí)，能夠安全輸送和燃燒處理掉裝置正常生產(chǎn)情況下排放出的多余的易燃易爆氣體，在工藝生產(chǎn)突發(fā)的設(shè)備停電、停儀表風(fēng)等事故狀態(tài)時(shí)，能夠保證生產(chǎn)裝置工藝氣體的安全排放，防止火災(zāi)及爆炸事故發(fā)生，保證人身和設(shè)備安全。火炬長(zhǎng)明燈作為火炬系統(tǒng)安全燃燒的一個(gè)必不可少的設(shè)備，必須在任何時(shí)候都能夠保持穩(wěn)定持續(xù)燃燒狀態(tài)，本文通過(guò)分析榆林某公司火炬單元長(zhǎng)明燈運(yùn)行狀態(tài)、外界天氣條件、操作條件和燃料氣組成，找到了火炬長(zhǎng)明燈頻繁熄滅原因，并采取了相應(yīng)的處理辦法和整改建議。

火炬；長(zhǎng)明燈；燃料氣；組分；環(huán)保

火炬對(duì)裝置的安全有著很大的影響，火炬本身是為了保障工廠(chǎng)在緊急事故停車(chē)時(shí)的安全而設(shè)置的，但若火炬的性能不可靠，各系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，就不但不能起安全作用，反而將原來(lái)有可能是分散在各處小量排放的可燃?xì)怏w集中在一起大量排放，成為一個(gè)大“禍源”。長(zhǎng)明燈是設(shè)在火炬頭處的一個(gè)經(jīng)常被點(diǎn)燃著的小火種，它的任務(wù)是及時(shí)點(diǎn)燃火炬筒體排放出的火炬氣，所以無(wú)論氣候環(huán)境如何，是下雨還是刮風(fēng)，工業(yè)火炬長(zhǎng)明燈都要能夠保持穩(wěn)定持續(xù)燃燒以對(duì)排放的廢氣進(jìn)行點(diǎn)燃，進(jìn)而滿(mǎn)足安全環(huán)保的要求。

1 火炬系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 裝置的地位與作用

火炬系統(tǒng)是企業(yè)重要的安全與環(huán)保設(shè)施，主要負(fù)責(zé)處理全廠(chǎng)裝置正常排放和事故狀態(tài)下大量排放的可燃性氣體。

開(kāi)停工火炬系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)處理罐區(qū)開(kāi)停車(chē)工況、正常工況及事故工況下排放的可燃性氣體以及裝卸站排放的可燃性氣體。

1.2 裝置的技術(shù)來(lái)源

火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單位是江蘇中圣高科技產(chǎn)業(yè)有限公司，針對(duì)不同的火炬氣排放壓力設(shè)置水封罐保證火炬氣的安全排放；采用流體密封器實(shí)現(xiàn)防止回火；針對(duì)不同種類(lèi)的火炬氣采用燃料氣伴燒、蒸汽消煙及空氣助燃實(shí)現(xiàn)無(wú)煙燃燒的方法，滿(mǎn)足環(huán)保的要求。

1.3 裝置的主要構(gòu)成單元

火炬系統(tǒng)分為全廠(chǎng)性火炬和開(kāi)停工火炬。

1.3.1 全廠(chǎng)性火炬

全廠(chǎng)性火炬包括重?zé)N火炬及酸氨火炬。重?zé)N火炬用于處理低壓重?zé)N火炬氣和超低壓重?zé)N火炬氣。低壓重?zé)N火炬氣主要有烯烴分離裝置、PP裝置、LDPE裝置及罐區(qū)等的事故排放氣。超低壓重?zé)N火炬氣主要有MTO裝置和PP裝置的事故排放氣；主要由火炬分液罐、水封罐、火炬筒體、點(diǎn)火系統(tǒng)、燃料氣系統(tǒng)、蒸汽消煙系統(tǒng)、凝液系統(tǒng)及其排放管線(xiàn)組成。酸氨火炬負(fù)責(zé)處理凈化裝置（預(yù)留）排放的酸性氣、富氫（預(yù)留）、重?zé)N分流的火炬氣及液氨球罐事故排放的氨氣；主要由酸性氣分液罐、阻火器、火炬筒體、點(diǎn)火系統(tǒng)、燃?xì)庀到y(tǒng)、燃料氣伴燒系統(tǒng)及其排放管線(xiàn)組成。

1.3.2 開(kāi)停工火炬

開(kāi)停工火炬負(fù)責(zé)處理在裝置停工或首次開(kāi)工期間，罐區(qū)開(kāi)停車(chē)工況、正常工況及事故工況下排放的可燃性氣體以及裝卸站排放的可燃?xì)怏w；主要由火炬分液罐、火炬筒體、點(diǎn)火系統(tǒng)、燃料氣系統(tǒng)、鼓風(fēng)助燃系統(tǒng)及其排放管線(xiàn)組成。

1.4 工藝說(shuō)明

重?zé)N火炬排放氣從裝置排出進(jìn)入火炬氣管網(wǎng)進(jìn)入火炬界區(qū)，經(jīng)過(guò)分液罐分液后進(jìn)入水封罐，當(dāng)其壓力高于水封壓力時(shí)排入重?zé)N火炬筒體，經(jīng)由重?zé)N火炬頭高空燃燒排放；當(dāng)火炬氣其壓力低于水封壓力無(wú)法突破水封時(shí)，對(duì)火炬氣進(jìn)行分流，重?zé)N分流火炬氣經(jīng)過(guò)重?zé)N分流水封罐后進(jìn)入酸氨火炬放空燃燒。全廠(chǎng)罐區(qū)液氨事故排放氣進(jìn)入火炬界區(qū)，直接排往酸氨火炬頭燃燒。

2 火炬長(zhǎng)明燈運(yùn)行情況及問(wèn)題排查

從2015年12月15日MTO裝置開(kāi)工至2016年4月8日，儲(chǔ)運(yùn)裝置重?zé)N火炬的四支長(zhǎng)明燈經(jīng)常出現(xiàn)頻繁熄滅現(xiàn)象，特別在天氣條件較差時(shí)，重?zé)N火炬長(zhǎng)明燈出現(xiàn)頻繁熄滅的次數(shù)較多。2016年5月至2016年11月，在此期間重?zé)N火炬長(zhǎng)明燈頻繁熄滅的次數(shù)相對(duì)于2015年12月至2016年9月期間減少了許多，2016年10月至2017年5月，重?zé)N火炬長(zhǎng)明燈也會(huì)無(wú)規(guī)律地出現(xiàn)熄滅現(xiàn)象。

針對(duì)長(zhǎng)明燈頻繁熄滅情況，榆林某公司儲(chǔ)運(yùn)裝置進(jìn)行了逐項(xiàng)排查，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢查和數(shù)據(jù)分析排除了以下四點(diǎn)影響因素并進(jìn)行了相關(guān)解釋?zhuān)?/p>

（1）燃料氣伴熱效果差（此裝置燃料氣伴熱為低壓蒸汽伴熱）。

（2）燃料氣組分重（此裝置燃料氣組分為C3以下組分）。

（3）燃料氣帶液（燃料氣在0.3MPa（G）下露點(diǎn)約為-60℃）。

（4）長(zhǎng)明燈燃料氣管線(xiàn)堵塞（煤制烯烴項(xiàng)目正常生產(chǎn)狀態(tài)下燃料氣中不含硫及不飽和烴組分，不易發(fā)生結(jié)焦）。

3 原因分析及處理辦法

火炬長(zhǎng)明燈出廠(chǎng)都會(huì)進(jìn)行一系列模擬暴雨和各等級(jí)風(fēng)速測(cè)試，榆林某公司現(xiàn)用的SP-2型長(zhǎng)明燈均能在風(fēng)速為160Km/h（無(wú)雨）時(shí)、分速為140Km/h且同時(shí)50mm/h降雨量條件下穩(wěn)定燃燒，并且能重新點(diǎn)燃。若燃料氣成分變化超出適應(yīng)范圍，則長(zhǎng)明燈耗氣量和耐候性均會(huì)受到影響，特別是穩(wěn)定性和抗風(fēng)與性能。從該公司火炬長(zhǎng)明燈熄滅的現(xiàn)象上看，大多數(shù)是在氣溫低、風(fēng)速大和風(fēng)向嚴(yán)重偏向一側(cè)時(shí)出現(xiàn)熄滅的次數(shù)較多。對(duì)此，該公司儲(chǔ)運(yùn)裝置與廠(chǎng)家技術(shù)人員共同探討和研究得出的結(jié)論為長(zhǎng)明燈燃燒氣氣源在設(shè)計(jì)階段與實(shí)際運(yùn)行時(shí)組份相差較大，設(shè)計(jì)階段氮?dú)夂績(jī)H2.64%，而全組分分析氮?dú)夂枯^高（約30%），使現(xiàn)場(chǎng)在用的長(zhǎng)明燈無(wú)法完全適應(yīng)該組份氣體，從而導(dǎo)致長(zhǎng)明燈運(yùn)行不暢。

燃料氣管網(wǎng)組分分析如下：

燃料氣組分分析（LORU實(shí)測(cè)值）分析項(xiàng)目氬氣氮?dú)庖谎趸細(xì)錃饧淄橐彝橐蚁┍楸〤4+合計(jì)1噸燃料氣=1121 Nm3單位%%%%%%%%%%分析結(jié)果33.970.1121.1131.336.390.016.840.170.0011熱值（Kcal/ Nm3）3045 2570 8562 13900 13939 23686 19400 25700混合熱值（Kcal/Nm3）003.35542.532682.47888.211.391620.1232.980.285771.34平均分子量40 28 28 2 16 30 28 44 42 56燃料氣平均分子量09.51160.03080.42225.01281.9170.00283.00960.07140.00061619.978816

造成燃料氣組分中氮?dú)夂枯^高的主要原因是MTO裝置需要向反應(yīng)器中通入部分輸送氮?dú)?、反吹氮?dú)庖约八蓜?dòng)氮?dú)?，通入反?yīng)器中的氮?dú)膺M(jìn)入烯烴分離單元進(jìn)行壓縮分離，由于氮?dú)庠诿摷淄樗牟僮鲏毫ο聦儆诓荒龤?，所以與少量甲烷、乙烷及丙烷等組分共同送至燃料氣管網(wǎng)中，所以導(dǎo)致燃料氣管網(wǎng)中氮?dú)夂枯^高。

2016年5月，通過(guò)減少M(fèi)TO裝置向反應(yīng)器中通入的輸送、反吹及松動(dòng)氮?dú)庵螅L(zhǎng)明燈的運(yùn)行狀態(tài)有所好轉(zhuǎn)，熄滅的頻次相比之前減少了許多，及時(shí)出現(xiàn)熄滅情況，通過(guò)多次點(diǎn)火也能夠?qū)㈤L(zhǎng)明燈點(diǎn)燃。

調(diào)整后的燃料氣組分如下：

表3 烯烴分離裝置燃料氣組成（裝置負(fù)荷105%）

4 優(yōu)化火炬相關(guān)工藝操作，減少對(duì)長(zhǎng)明燈燃燒的影響

(1)控制火炬燃燒器保護(hù)蒸汽流量，流量過(guò)大或過(guò)小都會(huì)影響火炬運(yùn)行。在冬季時(shí)，流量過(guò)小，火炬燃燒器頂部或者內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。流量過(guò)大，火炬燃燒器頂部蒸汽冷凝量較大，容易滴落在點(diǎn)火器的高壓裸線(xiàn)上，會(huì)造成高壓裸線(xiàn)結(jié)冰短路。一般工業(yè)高架火炬控制在1.5t/h～2t/h即可。

(2)定期進(jìn)行對(duì)火炬燃燒器頂部進(jìn)行航空拍攝，觀(guān)察點(diǎn)火器、長(zhǎng)明燈及個(gè)附件狀態(tài)是否良好，定期在夜晚用望遠(yuǎn)鏡觀(guān)察長(zhǎng)明燈燃燒狀態(tài)，檢測(cè)各長(zhǎng)明燈火焰燃燒情況是否一致。

(3)定期對(duì)燃料氣組分進(jìn)行全組分分析，檢查燃料氣組分中是否含有遇高溫結(jié)焦組分和其他雜質(zhì)。

(4)定期清理燃料氣過(guò)濾器，防止雜質(zhì)堵塞長(zhǎng)明燈燒嘴。

(5)為了節(jié)省燃料氣使用量，達(dá)到節(jié)能降耗目的，可對(duì)長(zhǎng)明燈進(jìn)行分級(jí)控制，在正常生產(chǎn)時(shí)，保證一組長(zhǎng)明燈常燃，將另一組長(zhǎng)明燈的自動(dòng)點(diǎn)火聯(lián)鎖投用，以達(dá)到安全環(huán)保節(jié)能的要求。

5 對(duì)火炬長(zhǎng)明燈的整改意見(jiàn)

雖然通過(guò)調(diào)整MTO裝置向反應(yīng)器中通入的輸送、反吹及松動(dòng)氮?dú)饬亢箝L(zhǎng)明燈運(yùn)行狀態(tài)有所好轉(zhuǎn)，但是該公司現(xiàn)用長(zhǎng)明燈氣源特性只適應(yīng)惰性氣體含量小于20%，而調(diào)整后燃料氣組分中氮?dú)夂咳栽?2%～25%之間，燃料氣組分變化已經(jīng)超出其適應(yīng)范圍，所以長(zhǎng)明燈耗氣量和耐候性勢(shì)必會(huì)受到影響，特別是穩(wěn)定性和抗風(fēng)雨性能。對(duì)此，可對(duì)現(xiàn)有型號(hào)長(zhǎng)明燈進(jìn)行升級(jí)改造，重新設(shè)計(jì)配風(fēng)和燒嘴，將長(zhǎng)明燈燒嘴開(kāi)孔數(shù)量由原10個(gè)增加為14個(gè)，噴嘴開(kāi)孔擴(kuò)大20%，風(fēng)門(mén)調(diào)小50%，以增加燒嘴燃料氣供給量，使其能夠適應(yīng)燃料氣組分在C1-C4之間變化，氮?dú)庠?0%以下，能夠具備良好的魯棒性和火焰剛性，以保證長(zhǎng)明燈的持續(xù)穩(wěn)定燃燒。另外，在實(shí)際運(yùn)行中也出現(xiàn)過(guò)高壓發(fā)生器短路、高壓裸線(xiàn)結(jié)冰后短路導(dǎo)致點(diǎn)火故障等問(wèn)題，所以為了解決以上問(wèn)題，建議新建火炬裝置可以考慮采用符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并且通過(guò)性能測(cè)試和驗(yàn)證的一體式內(nèi)點(diǎn)火方案，利用高能點(diǎn)火技術(shù)(2500V)取代傳統(tǒng)的高壓點(diǎn)火技術(shù)，內(nèi)置式點(diǎn)火槍取代外置式點(diǎn)火槍?zhuān)@樣可以達(dá)到節(jié)省掉分體式點(diǎn)火燃料氣管路、減少燃料氣消耗、降低環(huán)境對(duì)點(diǎn)火器的干擾等目的。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了保證安全環(huán)保零事故，火炬長(zhǎng)明燈必須保證在任何工況和環(huán)境下都能夠被點(diǎn)燃和穩(wěn)定持續(xù)燃燒，這就需要與時(shí)俱進(jìn)，及時(shí)學(xué)習(xí)新技術(shù)，接觸新型產(chǎn)品，并且在工藝操作上和日常維護(hù)檢查上進(jìn)行精益管理，這樣才能保證企業(yè)的安穩(wěn)長(zhǎng)滿(mǎn)優(yōu)運(yùn)行。

[1]乙烯裝置技術(shù)與運(yùn)行[M]北京:中國(guó)石化出版社,2009年7月.

[2]王衛(wèi)軍.節(jié)能型長(zhǎng)明燈在火炬安全設(shè)施中的應(yīng)用[J].石油化工安全技術(shù),2002(4).

[3]曹晉宏.火炬長(zhǎng)明燈的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].太原理工大學(xué),2014.