大型石油化工裝置火炬系統的設置

小水

1 設置火炬的目的和作用
在石油化學工業迅猛發展的今天, 煉油、化工、
塑料等石化及后衍生產裝置更加呈現出生產規模擴
大、聯建聯產和公用工程集中供應的特點。由于這些
裝置的規模化和相互連帶關系, 在開停車、日常運行
特別是突發事故發生時, 裝置將排放出較大量的火
炬氣或排放氣, 為保證生產裝置的系統穩定和安全,
使排氣操作盡可能不影響裝置自身及周邊的正常生
產運行, 保護周邊生態環境, 通常將排放氣體送到火
炬中經過燃燒處理后向大氣排放, 因此, 在大型石油
化工裝置中設置火炬系統和火炬氣回收系統, 用于
處理來自各生產裝置排放的火炬氣的做法是十分必
要和符合規范的。火炬系統兼顧了穩定生產、安全和
環保三大作用。
生產規模大、技術先進的石油化工生產裝置必
須擁有先進、可靠的火炬系統。
2 火炬系統的設置原則和內容
2.1 火炬系統的設置原則
火炬系統方案選擇的原則為: 安全、可靠、環保、
衛生。火炬燃燒排放系統為工藝裝置非正常生產的
安全通道, 要求在工藝裝置各種排放條件下, 能及
時、安全地進行燃燒排放, 且燃燒時對地面及周邊裝
置產生的熱輻射在規范的允許范圍之內, 火炬氣中
有害物質得以充分燃燒分解, 燃燒產物殘留物排放
總量、排放速率、落地濃度等在規范允許范圍內, 以
免造成環境污染。
2.2 火炬系統的工程范圍
火炬系統設計包括處理能力、設備參數、最大緊
急工況時的熱輻射、SO2 落地濃度、長明燈、公用工
程和檢維修等環節。不同工藝條件下處理物料介質
以及不同運行條件都決定了火炬系統各不相同。
火炬系統工程范圍包括火炬、火炬氣回收及其
附屬的分液罐、水封閥、點火設施、火炬區內的火炬
氣管道、公用工程物料管道、供電及通訊等內容。
2.3 火炬最大氣量計算
火炬氣最大排放量確定, 一般按停電、停水、儀
表空氣事故、設備事故等工況進行分析、組合, 各種
火炬氣排放系統必須滿足最大工況下事故排放量的
需要, 以保證排放暢通, 不使排放系統出現憋壓現
象, 影響生產裝置的安全。
按照國內外規范及大型工程公司論證, 最大火
炬氣排放量可按以下幾種方法計算:
( 1) 全部疊加( 按事故工況涉及面考慮) ;
( 2) 單一最大事故排放量+ 正常排放量;
( 3) 單一最大事故排放量+30% 可能同時發生
事故量;
( 4) 單一最大事故排放量×1.1 安全系數。
2.4 火炬輻射計算
火炬燃燒產生熱輻射, 對人體造成不同程度的
危害, 因此必須按照API 標準及SH 3009- 2011《 石
大型石油化工裝置火炬系統的設置
陸林軍
上海化學工業區發展有限公司工程管理部( 上海201507)
摘要我國石化工業的迅猛發展呈現出規模擴大、聯建聯產和公用工程集中供應的特點, 為保證裝置系統運行安
全和保護環境, 通常設置火炬系統對生產運行各種工況下的火炬氣作燃燒處理。火炬系統的設置必須以安
全、環保為原則, 火炬設計中必須對處理能力、熱輻射、SO2 落地濃度、長明燈等環節進行詳細計算。火炬類
型包括高架火炬和地面火炬, 從處理能力、燃燒效率、環境保護及公用工程消耗等方面比較, 地面火炬有其
明顯的優勢。如果對地面火炬在事故狀況下的燃燒控制、尾氣處理、防輻射、降噪等技術環節進行進一步調
整改進, 它將成為石化裝置火炬系統未來發展的主要選項。
關鍵詞石油化工火炬設置
中圖分類號TE 65
作者簡介: 陸林軍男1967 年生碩士工程師現任上海化學工業區發展有限公司工程管理部副經理長期從事項目
規劃、建設和管理工作
工作研究
Vol.31 No.11
Nov. 2006
上海化工
Shanghai ·26· Chemical Industry
高架火炬地面火炬
建設用地
高架火炬塔架及其相關設備占地面積較小, 高架
火炬產生熱輻射影響范圍較大, 因此建設用地范
圍增加。
地面火炬占地面積較高架火炬大, 但因金屬圍欄的
防護作用, 熱輻射影響范圍較小, 總的占地面積小。
處理能力
因受敷設熱限制及火炬塔高的限制, 單只火炬頭
處理量有限。
在保證氣流分配均勻的前提下, 分級燃燒, 處理量大,
適應大規模生產需求。
工藝流程
高架火炬通常包括一組含高壓、低壓、酸性氣和
備用四個自卸式捆綁火炬頭, 各種規格的火炬氣
由火炬氣柜經分液罐、水封罐至火炬頭燃燒處理。
高、低壓火炬氣經過分液罐和水封罐, 進入火炬氣
集氣總管, 然后分成若干路進入地面火炬圍欄內,
通過地面燃燒器放空燃燒。
燃燒效果排放量大時燃燒不完全, 燃燼率低, 操作困難。
燃燒嘴分級燃燒, 在各種排放量下都能燃燼, 操作
范圍較寬, 為完全無煙燃燒。
噪聲
正常小排放量時, 噪聲源在火炬頭, 地面噪聲值
較小。大排放量時噪聲較大。
噪聲源在地面, 燃燒器噴射速度與噪聲正比, 但因
金屬圍欄的衰減作用, 圍欄外1 米處噪聲值< 86dB。
有害氣體落地濃度處理有害組分時, 落地濃度較低, 易滿足環保要求。金屬圍欄較低, 有害組分落地濃度較高。
熱輻射及光污染熱輻射影響范圍較大, 并有光污染。
正常運行時金屬圍欄外地面輻射熱值< 1.6kW/m2,
燃燒不充分以及大量排放時, 火焰高出圍欄會產生
熱輻射及光污染。
蒸汽消耗
正常運行時消煙蒸汽消耗量與火炬氣排放量成
正比, 無煙燃燒范圍有限。
正常運行時一、二級燃燒嘴需要消煙蒸汽, 消煙蒸汽
消耗量與火炬氣排放量成正比, 火炬氣大量排放時不
用消煙蒸汽, 因此最大蒸汽消耗量與高架火炬相當。
燃料氣消耗
一般每只火炬頭需要3～4 個長明燈, 因長明燈少,
日常消耗的燃料氣較少。
地面火炬各個分級燃燒嘴均需要長明燈, 因長明燈較
多, 日常消耗的燃料氣量大。
維護檢修高空設備維護較難。地面設施維護較簡單。
儀表控制較簡單: 主要控制長明燈燃料氣、消煙蒸汽等。
較復雜: 除控制長明燈燃料氣、消煙蒸汽外, 需要根據
火炬氣排放量控制燃燒嘴燃燒級數。
油化工企業燃料氣系統和可燃性氣體排放系統設計
規范》要求確定熱輻射控制范圍及強度值, 減少熱輻
射對操作檢修人員及周邊環境的影響。通常熱輻射
強度值F 設定在3 kW/m2 左右( 上海地區平均太陽
輻射強度為0.69 kW/m2, 熱輻射強度低于1.5 kW/m2
的區域內人員可以自由活動) , 并且為該火炬區多個
火炬產生的熱輻射疊加值, 而不同的熱輻射強度取
值對總圖布置及土地利用均會造成較大影響。
另外, 必要的安全管理措施如自身保護及逃生
措施方面的安全教育、穿戴有防熱輻射功能的防護
衣、設備操作和檢修維護作業的防熱輻射屏障設置、
控制熱輻射范圍內的人員進入等對減少熱輻射對人
體產生危害都是十分有效的。
2.5 火炬的類型比較
火炬類型包括高架火炬和地面火炬兩種, 以前
國內的石油化工領域一般采用高架火炬, 但高架火
炬的處理量有限, 隨著裝置規模的擴大, 開放式和封
閉式兩種地面火炬被逐步采用, 其單套處理能力可
達1 500 t/h ( 高架火炬中高低壓火炬處理能力分別
為1 000 t/h 和500 t/h 左右) , 同時可減少熱輻射對
周邊的影響, 由于增加設備管道及控制操作復雜等
原因, 通常地面火炬的投資較高架火炬大。高架火炬
和地面火炬主要性能的比較見表1。
表1 高架火炬和地面火炬主要性能比較
2.6 酸性火炬氣的處理
值得一提的是, 在石化生產中的脫硫塔、酸性水
汽提等裝置會泄放H2S 的酸性氣體, 酸性氣體也必
須有酸性氣火炬單獨處理, H2S 的燃燼率需大于
99%, 以減少對環境的污染。為保證硫化氫燃燼率,
并考慮SO2 的落地濃度, 因此此類酸性火炬氣需要
通過設置高架火炬系統燃燒排放。
火炬高度增加, SO2 落地濃度減少, 為保證酸性
氣火炬SO2 落地濃度達到三級標準( 0.70 mg/Nm3) ,
火炬高度將高達410 米。考慮到酸性氣火炬是事故
排放, 因此控制SO2 最大落地濃度≤5 mg/Nm3, 此時
人們基本上聞不出SO2 氣味。因此酸性氣火炬通常

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