開放式地面火炬系統(tǒng)工程應(yīng)用實例分析

摘 要：介紹了開放式地面火炬系統(tǒng)的工藝流程及項目應(yīng)用簡介，同時闡述了燃燒器布置原則和無煙燃燒的設(shè)計。詳述了火炬氣燃燒系統(tǒng)的邏輯聯(lián)鎖控制方案，并提出了水封罐節(jié)約用水和減少污水外排的措施。

關(guān)鍵詞：開放式地面火炬;燃燒器;水封罐;無煙燃燒;污水

開放式地面火炬和封閉式地面火炬類似，同樣采用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。但是和封閉式地面火炬相比，開放式地面火炬可以適應(yīng)更大的火炬氣處理量的要求。因此，隨著石油化工生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，開放式地面火炬將得到更加廣泛的應(yīng)用。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)點[1]。本文通過工程實例闡述開放式地面火炬系統(tǒng)的工藝流程和邏輯控制，并提出減少開放式火炬在大排放的過程中冒黑煙的邏輯控制方案，以及水封罐節(jié)約用水和減少污水外排的措施。

1 開放式地面火炬系統(tǒng)的工藝流程及工程應(yīng)用簡介

1.1 開放式地面火炬系統(tǒng)的工藝流程

開放式地面火炬的工藝流程與封閉式地面火炬的差不多，即火炬氣首先經(jīng)過分液罐和水封罐后進入排放氣的集氣總管，為了適應(yīng)不同工況和流量變化的要求，將火炬氣分級，在每一級的排放總管上設(shè)置氣動切斷閥，根據(jù)集氣總管上的壓力信號開啟或者關(guān)閉氣動切斷閥。其中前幾級的控制采用比例微分控制以減少相應(yīng)的滯后。

1.2 開放式地面火炬系統(tǒng)的工程應(yīng)用簡介

某新材料有限公司丙烷脫氫裝置配套的開放式地面火炬的最大設(shè)計處理量為1000t/h，排放的主要成分為丙烷、丙烯等，火炬系統(tǒng)的排放背壓按照110kPag考慮，經(jīng)設(shè)計計算后開放式地面火炬系統(tǒng)的火炬總管為DN1600，總共分14級燃燒，設(shè)置400套燃燒器，單臺燃燒器的處理量為2.5 t/h。前3級燃燒器配有蒸汽消煙，火炬按100%無煙燃燒設(shè)計，林格曼黑度按小于1級設(shè)計。共設(shè)32套節(jié)能型長明燈和配套自動點火系統(tǒng)。火炬各級均設(shè)置有至少兩套長明燈，第一級每套燃燒器均配置獨立長明燈，確保日常小排放工況的穩(wěn)定點火燃燒。其中主要配置見下表：

2 燃燒器的布置和無煙燃燒

2.1 燃燒器的布置

開放式地面火炬系統(tǒng)一般設(shè)置為矩形燃燒區(qū)域，燃燒器呈列平行布置在矩形燃燒區(qū)域內(nèi)，燃燒區(qū)域外圍設(shè)足夠高度的防輻射屏，并具備一定的防風(fēng)作用。因開放式地面火炬是根據(jù)各分級控制閥前的壓力信號逐級控制開啟各級控制閥的，火炬氣的排放量通常較小，因此低壓力級燃燒器比高壓力級燃燒器的使用頻次高，為盡量減小火焰對金屬圍欄的影響，低壓力級燃燒器宜布置在防熱輻射金屬圍欄的中間，高壓力級燃燒器宜布置在兩側(cè)[2]?；鹁鏆飧鶕?jù)流量（壓力）大小進入部分或全部燃燒器燃燒。每級燃燒器分別布置在火炬氣管道的兩側(cè)，且兩個燃燒器前后錯開，兩個燃燒器之間需要保持一定的間距，這個間距取值是經(jīng)過嚴格FLUENT模擬計算出來的，以確保兩個燃燒器之間能夠相互傳焰，且防止火焰粘連在一起。

2.2 無煙燃燒

燃燒器的多孔設(shè)計增加火炬氣和空氣的接觸面積，有效利用空氣;通過分級系統(tǒng)充分利用燃燒器處的泄放氣壓力，提高燃燒器噴孔處的火炬氣速度，以保證吸入足夠量的自由空氣，從而達到消煙的效果[3]。當(dāng)火炬氣排放量比較小時，火炬氣管內(nèi)的壓力比較低，只有前幾級的燃燒器參與燃燒，此時燃燒器出口火炬氣壓力比較低，需要通過蒸汽消煙來達到無煙燃燒的效果，所以在第一、二、三級設(shè)有蒸汽輔助燃燒，通過蒸汽噴射與燃燒器噴孔相結(jié)合，可以確保在泄放氣低壓力時的無煙燃燒。當(dāng)火炬氣排放量增大，火炬氣管道的壓力增高，后續(xù)幾級采用分級控制閥，以獲得燃燒器出口更高的泄放壓力，從而保證在沒有蒸汽輔助情況下的完全燃燒。

3 火炬氣燃燒系統(tǒng)的邏輯控制

對于開放式地面火炬燃燒，火炬氣進入燃燒器燒嘴需要有一定的流速，其所需入口壓力高低影響到阻力分配及火炬系統(tǒng)的穩(wěn)定和燃燒效率?；鹁鏆獾姆峙淇糠旨壙刂崎y控制，通過火炬氣壓力信號控制?；鹁鏆饬啃r，只有第一級燃燒器工作，隨著火炬氣量的增大，逐級開啟第二級、第三級等后續(xù)燃燒器參與工作。每級的開啟壓力與火炬氣的排放量是一一對應(yīng)的關(guān)系。當(dāng)火炬氣流量（壓力）降低時，再根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的分級閥關(guān)閉壓力，逐級關(guān)閉燃燒器，確保合理的燃燒器工況。如果跳級關(guān)閉分級閥就會產(chǎn)生冒煙的后果，為了防止跳級關(guān)閉分級閥（當(dāng)火炬氣管道上的壓力變送器檢測到第二級分級閥的關(guān)閉壓力時，如果此時第三級分級閥未關(guān)閉，第二級分級閥會關(guān)閉），關(guān)閉邏輯控制為：當(dāng)?shù)谌壏旨夐y的狀態(tài)為關(guān)閉指令且第三級分級閥觸發(fā)關(guān)閉信號10S后，此時如果火炬氣管道上的壓力表檢測到第二級分級閥關(guān)閉壓力值時，才會觸發(fā)第二級分級閥的關(guān)閉信號。

另外，為了避免分級壓力控制閥故障而對排放系統(tǒng)產(chǎn)生影響，每一個分級控制閥都設(shè)有爆破旁路，在分級控制閥故障時，火炬氣可通過旁路進入火炬燃燒器燃燒，實現(xiàn)系統(tǒng)的本質(zhì)安全。為了防止回火，第一級常燃火炬氣系統(tǒng)管道上設(shè)置了連續(xù)吹掃氮氣系統(tǒng)，通過限流孔板限制流量以免吹滅長明燈。各分級壓力開關(guān)閥后應(yīng)設(shè)氮氣緊急吹掃系統(tǒng)，氮氣吹掃系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制為：當(dāng)觸發(fā)各級分級控制閥門關(guān)閉信號同時，打開閥門，吹掃10min后，關(guān)閉閥門。

4 水封罐減少污水外排和節(jié)水措施

水封罐是防止火炬回火爆炸導(dǎo)致可燃性氣體排放管網(wǎng)及其連接的設(shè)備被破壞的重要設(shè)施和手段[2]。在以往的項目中水封罐內(nèi)的污水通過自流的方式送至污水池，但是隨著目前環(huán)保和節(jié)能要求的提高，都不建議將水封罐內(nèi)的污水送至污水池。本項目設(shè)置了污水罐和污水泵，項目開工時將水封罐內(nèi)的水通過生產(chǎn)水管道補充到設(shè)計的水封高度，污水罐內(nèi)的水也通過生產(chǎn)水管道補充到設(shè)定的液位。在項目運行時，通過污水泵連續(xù)運行將污水罐內(nèi)的水連續(xù)補充到水封罐內(nèi)，水封罐內(nèi)的高于水封高度的水自動溢流到污水罐內(nèi)，這樣既保證了水封罐的連續(xù)補水，又減少了污水外排。當(dāng)水封罐內(nèi)液位低而污水泵來不及補水時，需要打開生產(chǎn)書i補水管道上的閥門補水，以確保水封罐內(nèi)的水封高度。

5 總結(jié)

通過對開放式地面火炬在某工程項目上的應(yīng)用，積累了丙烷脫氫裝置火炬氣的開放式地面火炬設(shè)計及應(yīng)用經(jīng)驗。詳細介紹了其工藝流程和燃燒分級情況，以及燃燒器布置原則。提出了防止產(chǎn)生冒煙的火炬聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，同時也提出了水封罐減少污水外排和節(jié)水的優(yōu)化設(shè)計，對同類型的裝置有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻：

[1]郭萬青，盛利.多點式地面火炬應(yīng)用及安全距離[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2016，32（2）：32-35.

[2] SH3009-2013.石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準出版社，2013.

[3]孔愛平，董國亮，劉團練.開放式地面火炬在FMTP科技示范項目中的應(yīng)用[J].煤化工，2017，45（3）：54-57.

作者簡介：

趙曉媛（1985- ），女，漢族，江蘇南京人，碩士，工程師，目前從事大氣污染控制方面的研究。