高架火炬与封闭式地面火炬在煤化工企业应用

高架火炬与封闭式地面火炬在煤化工企业应用

樊永杰

陕西延长中煤榆林能源化工有限公司 610524198908182018

摘要：在煤化工企业中，火炬系统是装置安全生产中最后一道屏障。可以将各装置开停车、正常及事故工况下排放的火炬气及时、安全、可靠的放空燃烧，满足安全及环保要求，防止发生火灾和爆炸事故，减少人员伤亡和财产损失。现以陕西延长中煤榆林能源化工有限公司（下称榆能化）120万吨/年聚烯烃（含180万吨/年甲醇，60万吨/年DCC，60万吨/年DMTO）的高架火炬和封闭式地面火炬为研究对象，分析本公司烃类高架火炬和封闭式地面火炬如何高效配合使用的方法。

关键词：火炬系统 高架火炬 榆能化 环保 封闭式地面火炬  

引言：火炬系统的正常运行对上游装置的平稳运行有很大影响，设置火炬系统本身是为了确保化工企业在异常工况紧急停车期间主装置的安全。根据国家和地方相关政策的要求，环保问题仍然是化工企业难以解决的问题。在异常排放火炬气期间，即使在消烟蒸汽、燃料气伴燃烧系统全部投运的前提下，高架火炬仍然不能避免火炬气充分燃烧，导致高架火炬发生大量“冒黑烟”现象，造成环境污染和舆论媒体的报道。本公司采用地面火炬和高架火炬相互配合使用的方式，将异常和正常工况下排放的烃类火炬气充分燃烧。解决高架火炬异常排放的相关问题。

1.火炬系统简介

1.1本公司火炬系统介绍

火炬系统是煤化工企业重要的安全与环保设施，榆能化公司烃类高架火炬系统和封闭式地面火炬系统主要负责处理一期启动项目渣油热裂解（DCC）装置、大连物化研究所设计的甲醇制烯烃（DMTO）装置在正常及异常工况下排放的烃类火炬气。其中高架火炬系统塔架为正三角形结构，总高143m。地面火炬系统是新建一套封闭式地面火炬，占地约60m×80m，设置焚烧炉3座，每座焚烧炉内径约Φ13 m，高度约38 m。两套火炬相互配合使用，将排放火炬气及时、安全、可靠的放空燃烧，处理结果满足国家现行的有关安全标准和环保要求。

1.2本公司现阶段烃类火炬系统组成

榆能化公司烃类火炬火炬气自DCC、MTO装置界区阀后，经公司公用系统管廊进火炬装置界区，通过低压/低低压烃类火炬分液罐、低压/低低压烃类火炬水封阀组、低压/低低压烃类火炬水封罐后进入低压烃类火炬筒体，在高架火炬烃类火炬头排放燃烧。在距低压/低低压烃类火炬分液罐前300m处系统管廊上设置低压/低低压烃类火炬气流量和压力指示，距150m处设置界区阀后进地面火炬。在地面火炬分别设置低压/低低压烃类火炬分液罐、水封罐，经水封罐后汇入低压/低低压烃类集气总管，在总管处设置压力指示，经十一级分级燃烧管线进入焚烧炉A/B/C安全排放燃烧。高架烃类火炬头设置长明灯4盏，地面火炬焚烧炉共设置长明灯34盏，采用高空自动、高空手动、地面爆燃三种点火方式进行点火，长明灯处于常燃状态，排放火炬气时能够引燃火炬气，保证火炬气充分燃烧，满足环保要求。

2.烃类火炬排放介质组成

本公司烃类火炬气主要分为DCC、DMTO在反再阶段排放的低低压烃类火炬气和分离阶段排放的低压烃类火炬气。DCC装置有序开工阶段排放的火炬气组成较为复杂，主要有汽油馏分、甲苯、3-甲基己烯-1、2-甲基己烷、笨、2-甲基-2-戊烯、2-甲基戊烷、甲基环戊烷、环戊烯、2-甲基-2-丁烯、顺丁烯-2、反丁烯-2、异丁烯、丁烯-1、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷，多数含碳量较多。DMTO装置有序开工排放的火炬气主要组成为：乙烯+乙烷：46.75(V%)、丙烯+丙烷：31.95(V%)、丁烯+丁烷：7.24(V%)、氢气：2.31(V%)、 氮气：1.12(V%)、一氧化碳：0.17(V%)、甲烷：4.46(V%) 、C5+：1.44(V%)。

3.高架火炬和地面火炬在煤化工企业配合应用

（1）分别在低低压烃类火炬气和低压烃类火炬气排放主管引出支线，将低低压/低压烃类火炬气管道与地面火炬系统连接，支线上分别设置三偏心气动蝶阀。利用低低压/低压烃类水封阀组水封高度提高管网压力，水封阀组设置内筒快速泄水阀，两者与低低压/低压烃类火炬管网压力和流量进行联锁，随时切换火炬气进入高架火炬或地面火炬运行。当火炬气排放量超过地面火炬的处理能力时（管网压力或流量达到设定值），水封阀组的快速泄水阀门立即联锁开启，水封阀组内液位处于零水封状态，延时关闭进地面火炬的支线阀门，避免地面火炬出现火焰爆冲冒顶情况发生，大量火炬气通过水封阀组进入水封罐中，冲破水封罐的常规水封高度后排入高架烃类火炬燃烧。紧急情况结束后，在控制室手动开启地面火炬的支线阀门，水封阀组液位恢复至正常高水封状态，建立稳定背压，低低压/低压烃类火炬气重新进入地面火炬排放燃烧。

（2）地面火炬低压/低低压重烃火炬系统采用多级燃烧处理的方法，将排放的低压/低低压重烃火炬气根据排放量不同做分级处理，排放量增大时各级系统逐步投入运行，火炬各级燃烧系统在管线上设置气动开关阀（带有开回讯和关回讯）。每一级燃烧系统上气动开关阀的开/关将根据压力信号和上一级气动开关阀的状态自动控制。当火炬气排放时首先冲破水封进入第一级燃烧器组排放燃烧，当压力进一步上升达到第二级压力设定值时，二级燃烧器组分级阀门自动联锁打开，二级燃烧器组投入使用，以此类推，其后各级燃烧器组对应的分级阀根据压力信号逐次打开，直至所有燃烧器组均投入使用，当火炬气压力瞬间增大时采用快速开阀和跳级开阀的方式，相应的多个分级燃烧阀打开，保证火炬气处理量最大化。根据压力变化情况，当火炬气排放结束，管网压力降低至设定值时，最后一级燃烧器组对应的分级阀首先关闭，继而其他各燃烧器组对应的分级阀倒序依次关闭，在同一压力时根据延时系统依次关闭。

（3）水封阀组是高架火炬和地面火炬配合应用的关键设备，采用罐中罐的方式将管网前端压力提高，在正常和异常工况下排放的火炬气压力不足以突破水封阀组内筒液位建立的水封。在不超出地面火炬最大处理能力的前提下，完全将火炬气带入地面火炬燃烧，高架火炬作为备用火炬使用。在水封阀组与水封罐之间设置连续氮气吹扫，保证烃类水封阀组下游有稳定背压。水封阀组液位产生的背压与原有低低压烃类水封罐压力加和数值约等于低低压烃类火炬管网的稳定背压。

（2）当烃类火炬气管网压力或流量大于第二设定值时，默认火炬气异常排放，此时内筒快速泄水阀根部阀少量开启，快速泄水气动阀联锁打开，延时一定时长后，进地面火炬烃类火炬气界区阀联锁关闭，烃类火炬气进入高架火炬燃烧。为了提高地面火炬最大利用价值，此时立即手动打开烃类火炬管网进地面火炬界区阀，关注管网压力和流量，当压力降低或流量减少时，手动关闭烃类水封阀组快速泄水阀，打开补水调节阀，快速建立烃类水封阀组水封高度。水封高度建立过程中，为了避免大排放过程中无法正常建立水封，需要手动保持地面火炬1～11级分级燃烧阀全部打开状态，保证大部分火炬气能够进入地面火炬燃烧。水封阀组水封高度建立后，按照分级燃烧系统联锁逻辑将火炬气完全带入地面火炬燃烧，发挥地面火炬最大效能，高架火炬由于水封阀组水封高度的建立，阻碍火炬气进入高架火炬筒体排放，避免高架火炬发生“冒黑烟”现象。

（3）采用烃类火炬管网压力或流量直接与各分级燃烧阀门进行联锁控制，当管网压力或流量到达第一设定值时，直接联锁分级燃烧阀门全部开启，不至于火炬气已经突破水封阀组水封进入高架火炬燃烧时集气总管压力仍未达到分级燃烧阀门联锁开启压力导致地面火炬未投运，高架火炬发生“冒黑烟”现象，导致环保事故发生。更能有效的解决高压力低流量或低压力高流量地面火炬投运的问题。

（4）对于压力或流量第一设定值和第二设定值的取值问题，建议第二设定值在满足地面火炬安全运行的前提下尽量取高值，第一设定值尽量取低值，防止在突发大流量或大压力的工况下，火炬气还没有进入地面火炬燃烧（地面火炬还没有发挥效能）时，已经进入高架火炬燃烧，发生环保事件。

（5）对于延时关闭烃类火炬气进地面火炬界区阀的时长上，最好延时更长一些，可以避免突然大流量或大压力火炬气排放且持续时间过短而导致地面火炬无法发挥最大性能。

4.结束语

总而言之，煤化工企业环保形势依然严峻，由于煤制烯烃的设计理念和设计工艺的不同，排放的火炬气组分千差万别，达到高架火炬在异常工况、开停车过程中完全不发生“冒黑烟”现象难度较大。目前全国范围内高架火炬和地面火炬配合使用的案例少之又少，我们应及时了解新工艺、新技术，不断摸索解决环保问题的方法，在人员技能、操作方面不断优化，考虑如何将火炬气最大限度进入地面火炬燃烧或即使突破水封后尽量减少在高架火炬燃烧时长，满足环保要求。