石油化工園區(qū)集中火炬設(shè)施的定性及研究

趙海波

摘 ?????要： 通過對石化產(chǎn)業(yè)園區(qū)集中火炬系統(tǒng)的研究，將以往石化項目各自安裝火炬系統(tǒng)的做法，調(diào)整為各企業(yè)火炬集中配置，第三方集中管理并將廢氣回收，從根本上解決火炬氣排放問題。實現(xiàn)公用工程一體化，能節(jié)約大量土地，資源化再利用，為生產(chǎn)運行提供了保障。通過對與之相關(guān)的各種技術(shù)標準的分析和研究，給出了石化園區(qū)產(chǎn)業(yè)區(qū)域內(nèi)的集中火炬系統(tǒng)的選用原則。

關(guān) ?鍵 ?詞： 集中火炬系統(tǒng);節(jié)約土地;一體化;石化產(chǎn)業(yè)園區(qū)

中圖分類號：TQ 081???????文獻標識碼：?A???????文章編號：?1671-0460（2019）11-2584-04

Determination of & Research on Centralized Flare

System in Petrochemical?Parks

ZHAO Hai-bo

（CNPC Northeast Refining & Chemical Engineering Co.， Ltd.，ShenyangCompany， LiaoningShenyang110167， China）

Abstract： Based on the research on the centralized torch system in petrochemical industrial park and the previous practice of installing torch systems in petrochemical projects， the centralized configuration of torches in various enterprises was carried out， and the centralized flare system was managed?by a third party and the recovery of waste gas?was realized， so as to fundamentally solve the problem of torch gas emission.The integration of public engineering can save a lot of land and make use of resources.Based on the analysis and research of the relevant technical standards， the selection principles of the centralized torch system in the petrochemical park were?given.

Key?words：?Centralized flare system; Saving land; Integration; Petrochemical industrial park

國務(wù)院印發(fā)的《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》﹑《“十三五”揮發(fā)性有機物污染防治工作方案》及《遼寧省“十三五”揮發(fā)性有機物污染防治與削減工作實施方案》（遼環(huán)發(fā)〔2018〕69號）中提及對于VOCs，加強廢氣收集，安裝高效治理設(shè)施。且鑒于國外石化園區(qū)火炬系統(tǒng)之集中趨勢及依據(jù)《石油化工園區(qū)發(fā)展規(guī)劃》，為符合國家及園區(qū)發(fā)展規(guī)劃，本項目規(guī)劃處理工業(yè)氣體之火炬系統(tǒng)，在園區(qū)公用工程服務(wù)中心統(tǒng)一配置，實現(xiàn)公用工程一體化，并將廢氣加強回收、資源化再利用。

美國最大的一個化工園區(qū)得克薩斯空氣質(zhì)量研究（TexAQS）與美國環(huán)保署EPA組織專家，對超過100個煉油廠對比，大約有500個火炬裝置的排放進行空氣質(zhì)量研究發(fā)現(xiàn)，之前VOCs的排放被大大低估（石油化工、煉油）乙烯、丙烯、丁烯異構(gòu)體、戊烯異構(gòu)體、1，3一丁二烯等12種物質(zhì)列為HRVOCs（高度反應(yīng)可揮發(fā)性有機物），對地區(qū)臭氧形成至關(guān)重要。

我國是世界第二經(jīng)濟大國，對石化工業(yè)產(chǎn)品的依賴越來越大，而石油化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的火炬氣54萬t/h以上，石化園區(qū)對火炬氣進行集中治理勢在必行?；鹁姘刺幚斫橘|(zhì)分為高壓火炬、低壓火炬、酸性氣火炬。

1 ?名詞解釋

根據(jù)國家相關(guān)技術(shù)標準使用特點，研究如下：

1.1 ?火炬系統(tǒng)

任何一個石化企業(yè)在正常生產(chǎn)及裝置正常開工、停工（不包括停電、停水、安全事故、操作失誤等情況）時，各裝置生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的瓦斯氣（HC）都會由火炬氣管網(wǎng)匯總到火炬系統(tǒng)向大氣進行燃燒排放，特別是當工廠遇到停電（變電所故障）、停水、停蒸汽、停風，或者火災(zāi)等事故時，其流向火炬系統(tǒng)的排放量可達到40～2?000?t/h，實際上火炬系統(tǒng)是煉油化工企業(yè)的安全泄放系統(tǒng)。裝置泄放的瓦斯氣（HC）一旦排放不及時將會引起憋壓，甚至發(fā)生爆炸事故（圖1）。

1.2 ?高架火炬

高架火炬是由自控系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、鋼結(jié)構(gòu)塔架、火炬筒組成。使得火焰在頂端遠程點火燃燒，遠離地面，而不至于傷害到地面上的人員和工廠，高架火炬可調(diào)整其高度，從最小5 m到最高200 m。

高架火炬是化工企業(yè)最常見的火炬型式，排放的最小量到最大量都是由一個燃燒器、一個豎筒完成，難免發(fā)生燃燒不完全﹑冒黑煙的現(xiàn)象。但是因為工藝較為成熟、處理彈性較大故在市場上還是大幅應(yīng)用。

高架火炬系統(tǒng)主要設(shè)備包括：火炬頭、長明燈、點火裝置、筒體、塔架、分液罐、水封罐、自控系統(tǒng)等。

按結(jié)構(gòu)分：捆綁式高架火炬和自拆式高架火炬;

按點火方式分：全自動點火和手動按鈕點火。

（1）捆綁式高架火炬

捆綁式高架火炬是高架火炬的一種，是高架火炬類型中最常見的一種型式。原理為把數(shù)根數(shù)筒共構(gòu)在一個三角或四角型的塔架中，組成結(jié)構(gòu)也由自控系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、鋼結(jié)構(gòu)組成（圖2）。

（2）自拆卸式高架火炬

為了各自的石化工廠在互不影響停車檢維修休的情況下產(chǎn)生了自拆式高架火炬。組成結(jié)構(gòu)雖與捆綁式高架火炬類同，但是區(qū)別在于檢修人員可通過卷揚機可將火炬頭，管道和其它本來高架難以維修的部件通過卷揚機分級升降到地面檢察，并且不會影響到另外幾根火炬豎筒的燃燒使用，對于石化工廠﹑停車就代表不賺錢，自拆卸式高架火炬的廣泛應(yīng)用對于石化工廠火炬檢修帶來方便（圖3）。

1.3 ?封閉式地面火炬

傳統(tǒng)高架火炬具有熱輻射占地面積大，燃燒不完全冒黑煙，產(chǎn)生排放時火光沖天，居民抗議﹑噪音大﹑低熱輻射等弊病。地面火炬能夠圓滿的解決高架火炬的缺點。封閉式地面火炬最高的高度一般設(shè)定在35～40m左右，處理量為由100到200t/h，火炬氣燃燒方式采用分級，分段燃燒，可以將火炬氣完全燃燒且不冒黑煙。

封閉式地面火炬包括地面燃燒器、長明燈、點火器、爐膛、防熱輻射消音墻等主要設(shè)施。根據(jù)不同的排放氣特性，地面火炬也可以采用蒸汽助燃、鼓風助燃等措施;相比高架火炬，封閉式地面火炬具有無煙、無光污染、低熱輻射、低噪音等優(yōu)秀的環(huán)保特性（圖4）。

1.4 ?開放式地面火炬

開放式地面火炬應(yīng)用了封閉式地面火炬分級分流多燃燒器處理和分級燃燒原理，而且采用金屬圍欄來屏蔽火焰對外界的影響。

因此，開放式地面火炬同樣具有無煙、無光污染、低熱輻射、低噪音等優(yōu)秀的環(huán)保特性。?可以顯著地節(jié)省土地投資;該火炬適用于大排放量氣體，燃燒效率大于等于99%（圖5）。

1.5 ?地面火炬加高架火炬

據(jù)石化工廠多年火炬建造及設(shè)計的經(jīng)驗得知，石化工廠的火炬氣排放98%以上的時間都是小排量的，只有在特別的極端工況下才會緊急大排量的排放。高架火炬和地面火炬擁有各自的優(yōu)點﹑但是也有各自的缺點，地面+高架火炬系統(tǒng)的綜合設(shè)計是利用了地面火炬的燃燒完全﹑防火間距低﹑環(huán)保性能高但是排放量有限的特點，加上高架火炬的排放彈性大的特色結(jié)合而成。

地面火炬加高架火炬氣穩(wěn)定的小排量進入地面火炬采用分級，分流的方式穩(wěn)定燃燒，當遇到全廠緊急停電﹑停水的極端工況下再引入高架火炬燃燒，可充分將地面火炬的優(yōu)勢發(fā)揮到最大﹑同時高架火炬的設(shè)置又可以彌補地面火炬的不足（圖6）。

2 ?園區(qū)火炬設(shè)施的定性分析

一個石油化工園區(qū)由多個工廠、企業(yè)組成，有煉油、乙烯、化工等幾十個大大小小裝置組成^[1]，而這些裝置為了排放方便，配套了自己的火炬緊急排放系統(tǒng)，并且基本上設(shè)計時因火炬氣能回收量小故通常不考慮火炬氣的回收再利用而緊急放空。這些小系統(tǒng)存在技術(shù)簡單、緩沖時間短、操作不規(guī)范、沒有監(jiān)控手段等問題，造成火炬氣亂排放的“無政府狀態(tài)”。

對火炬氣的控制標準及操作不規(guī)范造成污染?；鹁鏆庀麩熣羝^量，造成火炬氣熱值低，使火炬氣破解率達不到98%以上，造成污染大氣;火炬氣消煙蒸汽小，造成黑煙造成污染。

沒有專門的法規(guī)條文的監(jiān)管，使火炬排放寬松。目前，我國對石化工廠火炬排放沒有明確規(guī)定，工廠開工、停工、設(shè)備的故障、停電、停水時火炬的排放。因此火炬的排放沒有約束條件，目前國際上采用的是，全場大規(guī)模停電、停水與重大安全事故外，火炬氣均不允許對大氣排放（包括開、停工時不允許排放），要求全回收。而現(xiàn)在許多火炬排放的理由均采用開工、停工與設(shè)備故障等理由進行排放，而造成污染。

按照石油化工工廠布置設(shè)計規(guī)范《GB 50984-2014》3.3.5規(guī)定，多個或不同建設(shè)階段的廠區(qū)，宜集中規(guī)劃設(shè)置火炬區(qū)。4.7.3規(guī)定，當有多個火炬塔架時，宜集中布置在同一區(qū)域，輻射熱不應(yīng)影響相鄰火炬的檢修和運行^[2]。

按照石油化工設(shè)計防火規(guī)范《GB50160-2008》4.2.6規(guī)定，全廠性的高架火炬宜位于生產(chǎn)區(qū)全年最小頻率風向的上風側(cè)^[3]。

以上為石化產(chǎn)業(yè)園區(qū)火炬氣排放建設(shè)、第三方集中管理、資源化再利用、生產(chǎn)運行提供了保障和依據(jù)。

3 ?火炬氣排放問題對策

本次研究將以往石化項目各自安裝火炬系統(tǒng)的做法，調(diào)整為各企業(yè)火炬集中配置（捆綁式高架火炬與自拆卸式高架火炬相結(jié)合），第三方集中管理，從根本上解決火炬氣排放問題。首先采用國際上先進的技術(shù)，即火炬氣不同的組分及不同的流量，對火炬氣排放進行小流量﹑大流量分配的技術(shù)^[4]，先克服目前“大馬拉小車”的現(xiàn)象，達到火炬氣最安全排放，并且90%以上的時間看不到污染，在此基礎(chǔ)之下，再圖謀火炬氣往高價回收再利用。

根據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，包含火炬氣回收系統(tǒng)的企業(yè)，不但火炬系統(tǒng)在裝置正常運行的情況下沒有排放，而且回收大量火炬氣供全廠加熱爐作為燃料，其經(jīng)濟效益非?？捎^，實踐證明，既可以改善環(huán)境，又可以創(chuàng)造經(jīng)濟效益。