聚乙烯裝置地面火炬系統(tǒng)改造及效果評(píng)價(jià)

唐建兵，王俊杰，包望飛

（神華寧煤集團(tuán)烯烴二分公司，寧夏靈武 750411）

火炬系統(tǒng)是化工企業(yè)最重要的安全環(huán)保系統(tǒng)，是化工裝置正常生產(chǎn)、運(yùn)行的重要保證。在化工廠處于緊急事故狀態(tài)、開(kāi)停車(chē)狀態(tài)及正常生產(chǎn)狀態(tài)時(shí)，火炬具有處理排放可燃、有害有毒氣體的功能，以使氣體介質(zhì)暢通、順利排出，保證裝置安全、正常運(yùn)轉(zhuǎn)、力求達(dá)到安全性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一[1-3]。

神華寧煤集團(tuán)煤化工副產(chǎn)品深加工綜合利用項(xiàng)目聚乙烯裝置采用美國(guó)Univation公司UNIPOL氣相法技術(shù)[4-6]，以乙烯單體為原料，以丁烯-1或己烯-1作為共聚單體[7-9]，在一定溫度和壓力下進(jìn)行聚合反應(yīng)，生產(chǎn)聚乙烯產(chǎn)品。裝置采用單線(xiàn)操作，設(shè)計(jì)年操作時(shí)間為8 000 h，年生產(chǎn)能力為45×104t聚乙烯顆粒樹(shù)脂，操作彈性為設(shè)計(jì)能力的60%～110%?？缮a(chǎn)線(xiàn)性低密度和高密度聚乙烯樹(shù)脂，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品方案共15個(gè)牌號(hào)，產(chǎn)品密度范圍為0.918 g/cm3～0.965 g/cm3，熔融指數(shù)范圍為0.05～155，可用于生產(chǎn)薄膜、包裝袋、容器、管材等制品。

1 工藝概況及改造方案

1.1 火炬系統(tǒng)工藝概況

本裝置設(shè)有兩套獨(dú)立的火炬氣排放系統(tǒng)，一套是排往界外全廠高壓火炬系統(tǒng)，另一套是排往封閉式地面火炬系統(tǒng)。排放到全廠高壓火炬的工藝氣體和壓力泄放設(shè)施的排放氣，通過(guò)裝置界區(qū)內(nèi)的火炬總管收集匯合后經(jīng)過(guò)高壓火炬分液罐D(zhuǎn)-29301分離后將氣體送到在界區(qū)外設(shè)置的高壓火炬。密封式地面火炬系統(tǒng)用于處理來(lái)自聚乙烯裝置、聚丙烯裝置、合成氨裝置排放的低壓火炬氣，工藝流程（見(jiàn)圖1），排放到封閉式地面火炬的工藝氣體，在裝置界區(qū)內(nèi)的火炬總管收集匯合，經(jīng)過(guò)低壓火炬分液罐D(zhuǎn)-29302對(duì)液相進(jìn)行分離，分離后將氣體送到在界區(qū)內(nèi)設(shè)置的封閉式地面火炬系統(tǒng)?；鹁鏆饨?jīng)分液罐D(zhuǎn)-29304、水封罐D(zhuǎn)-29305后進(jìn)入分級(jí)燃燒系統(tǒng)，確保裝置在開(kāi)停車(chē)、事故和正常生產(chǎn)時(shí)排放的火炬氣能夠及時(shí)、安全、可靠的在火炬筒體中燃燒，滿(mǎn)足環(huán)保要求。

地面火炬水封罐[10]D-29305的作用是保證火炬氣管網(wǎng)系統(tǒng)處于微正壓，防止空氣進(jìn)入火炬氣管網(wǎng)系統(tǒng)導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸。通過(guò)向水封罐補(bǔ)充工業(yè)水和增加溢流口使水封罐保持穩(wěn)定的液位，水封罐溢流的水至地面火炬集水池后經(jīng)泵送至裝置界區(qū)外。

1.2 存在的問(wèn)題

裝置地面火炬水封罐改造前的工藝流程（見(jiàn)圖2），當(dāng)?shù)孛婊鹁嫦到y(tǒng)上游火炬氣量較大時(shí)，水封罐壓力升高，溢流水量增大，液位降低，為保證水封罐液位需持續(xù)向水封罐補(bǔ)充新鮮工業(yè)水。水封罐溢流的工業(yè)水至地面火炬集水池后通過(guò)外送泵送出裝置，使工業(yè)水的消耗增加。另一方面，如果裝置工業(yè)水供應(yīng)中斷，水封罐液位無(wú)法保證時(shí)，存在水封罐無(wú)法水封的安全隱患。

1.3 改造方案及可行性分析

水封罐和地面火炬集水池外送泵為裝置原有設(shè)備和建筑，本次改造以原有設(shè)備和建筑物為基礎(chǔ)，在地面火炬集水池外送泵出口增加一條管線(xiàn)至地面火炬水封罐工業(yè)水補(bǔ)充線(xiàn)，將集水池中來(lái)自水封罐的溢流水通過(guò)集水池外送泵返回至水封罐。

圖1 地面火炬系統(tǒng)工藝流程Fig.1 The process flow of the ground torch system

圖2 改造前的工藝流程Fig.2 Process flow of before transform

表1 水封罐工藝參數(shù)Tab.1 Process parameters of water-sealed tank

表2 集水池外送泵工藝參數(shù)Tab.2 Process parameters of the pump

表3 聚丙烯、聚乙烯裝置地面火炬氣組成Tab.3 Polypropylene，polyethylene plant ground torch gas composition

為確保改造后，集水池外送泵出口流量滿(mǎn)足水封罐補(bǔ)水流量要求，對(duì)相關(guān)設(shè)備做匹配性分析。水封罐和集水池外送泵的工藝參數(shù)（見(jiàn)表1、表2），地面火炬水封罐D(zhuǎn)-29305的最大溢流量為3 500 kg/h，集水池外送泵P-29601的流量為5 m3/h，輸水能力約為5 000 kg/h，完全滿(mǎn)足水封罐的補(bǔ)水量。

為保證回收溢流水滿(mǎn)足水封罐水質(zhì)要求，防止因回收溢流水長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)被火炬氣污染，導(dǎo)致安全事故發(fā)生，對(duì)火炬氣組分進(jìn)行分析。

聚丙烯、聚乙烯裝置地面火炬氣組成（見(jiàn)表3），可以看出其主要成分為氮?dú)夂蜔N類(lèi)物質(zhì)，都不溶于水，不會(huì)對(duì)水封罐水質(zhì)造成污染。

合成氨裝置地面火炬氣組成（見(jiàn)表4），可以看出其主要成分為甲烷和氫氣，這兩種氣體均不溶于水，不會(huì)對(duì)水封罐中水造成污染?；鹁鏆庵械亩趸?、氯、硫、硫化氫等物質(zhì)可溶于水，會(huì)對(duì)水封罐中的水造成污染，但是這些物質(zhì)的含量極低，對(duì)水封罐中的水污染很小，為避免由于溢流水長(zhǎng)期循環(huán)可能導(dǎo)致這些物質(zhì)的累積對(duì)水封罐中的水質(zhì)造成污染，發(fā)生安全事故。改造完成后裝置運(yùn)行期間對(duì)積水池的水質(zhì)定期檢測(cè)分析，若水質(zhì)無(wú)法滿(mǎn)足要求，則將水封罐中的補(bǔ)水切換為新鮮工業(yè)水，將集水池中的污水通過(guò)外送泵送至界區(qū)外處理，待集水池中的水質(zhì)合格后再進(jìn)行切換。

表4 合成氨裝置地面火炬氣組成Tab.4 Synthetic ammonia installation ground torch gas composition

2 改造效果

2.1 改造后的工藝狀態(tài)

地面火炬水封罐改造后的工藝流程（見(jiàn)圖3），增加了集水池外送泵出口至地面火炬水封罐工業(yè)水補(bǔ)充線(xiàn)的管線(xiàn)及管道過(guò)濾器、閥門(mén)等，將集水池中來(lái)自水封罐的溢流水通過(guò)集水池外送泵返回至水封罐循環(huán)利用。

如果裝置工業(yè)水中斷，通過(guò)集水池中的水至水封罐循環(huán)，可以保證水封罐的液位，防止因水封罐水封不足發(fā)生事故?？紤]到冬季的防凍防凝問(wèn)題，技改管線(xiàn)增加了蒸汽伴熱和保溫。

2.2 改造后的效果評(píng)價(jià)

系統(tǒng)改造完成后，將集水池送回水封罐循環(huán)使用，運(yùn)行期間集水池外送泵工作正常，水封罐液位可控制在正常范圍內(nèi)。運(yùn)行10 d后對(duì)集水池的水質(zhì)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析，結(jié)果（見(jiàn)表5），pH值和石油類(lèi)含量滿(mǎn)足SH3099-2000標(biāo)準(zhǔn)給水水質(zhì)要求。說(shuō)明火炬氣對(duì)水封罐水污染較小，水封罐溢流水回收利用改造可行。

裝置運(yùn)行期間水封罐平均溢流量約為1.8 t/h，每年可節(jié)約工業(yè)水15 768 t，達(dá)到了節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境的效果。

圖3 改造后的工藝流程Fig.3 Process flow of after transform

表5 集水池水質(zhì)分析Tab.5 Water quality analysis in the collecting tank

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)地面火炬水封罐溢流水的回收利用改造，取得了以下成果：

（1）減少了裝置工業(yè)水用量，降低裝置運(yùn)行成本。

（2）在裝置工業(yè)水中斷的情況下，為水封罐連續(xù)供水，保證地面火炬系統(tǒng)安全運(yùn)行。

（3）達(dá)到了節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境的效果。