煉油廠火炬系統設計工藝

張領（武漢金中石化工程公司,湖北 武漢 430223）

火炬系統在煉油廠中扮演著重要的角色，若設計不完善則可能造成排放氣帶液（下火雨）、點火不成功、爆炸甚至導致工藝裝置憋壓無法正常排放等安全事故。隨著火炬設計工藝及設備制造技術的不斷進步，近幾年來整體工藝設計水平已經有了長足的進步，各項安全措施已經逐步趨于完善。

1 火炬最大排放量

火炬排放量的確定應遵循以下原則：

根據《石油化工企業燃料氣系統和可燃性氣體排放系統設計規范》SH3009-2001中2.0.1及2.0.2條款的要求，根據各裝置在開、停工以及事故狀態下排放的可燃氣體排放量為計算依據，每個排放系統在同一事故中的最大排放量，按排放量最大裝置的100%與其余裝置排放量的30%計算（體積流量），但不應低于該系統中兩個不同裝置最大排放單點的總量；

排放量最大裝置排放量的100%與全廠其余裝置排放量的30%之和（質量流量）作為確定火炬高度及火炬安全區域的設計排放量；

不考慮同時發生兩種事故工況的排放，對不同事故發生的排放條件不進行組合，不考慮不可抗拒因素引起事故對排放系統的影響；

2 分液及水封系統

從各裝置來的低壓排放氣體可能帶有重組分的液滴，將低壓排放氣體送至火炬頭燃燒處理前需將液相分離出來以防止下火雨，分液罐的設計應保證在最大排放量時排放氣由足夠的停留時間，使液滴充分被分離。

水封罐是火炬系統的重要組成部分，其作用主要有兩點：①防止火炬回火，保證低壓排放系統的安全，火炬水封罐設計時應保證水封罐內存水量能滿足火炬氣排放管道三米高度的充水量。②控制全廠低壓排放系統的背壓。

3 火炬點火系統

火炬點火系統是火炬設施當中自動化程度較高的一部分，傳統的火炬點火系統保持火炬長明燈長燃，優點是可以保證燃料氣能及時被燃燒處理，缺點是能耗較高，并縮短了火炬頭的使用壽命。

當前主流的火炬點火工藝為兩套獨立的點火系統，即自動點火和手動點火。高空自動點火系統是由自動點火控制箱、中間繼電器、開關、指示燈及輔助電源組成。全部控制元器件密封在防暴控制箱內。點火控制邏輯由軟件完成。控制安全、可靠。

以下是火炬點火系統的基本邏輯控制流程：

水封罐后端火炬總管上設置壓力變送器和流量開關，壓力信號、流量信號以及火檢信號作為點火觸發條件信號。火炬放空時，壓力信號、流量信號以及無火焰的信號（來自熱電偶）傳送到PLC輸入端，PLC輸出控制開啟點火燃料氣閥、長明燈燃料氣電磁閥，同時啟動每支高空點火器點火，點燃每支引火筒，引燃每支長明燈，并引燃主火炬，此時，熱電偶檢測到火焰溫度信號，并將信號送至PLC輸入端，PLC輸出控制關斷引火筒燃料氣電磁閥、高空點火器；一次點火流程完成。PLC進入監控狀態。長明燈和主火炬保持燃燒狀態。

火炬自動點火、報警均在現場PLC（手、自動點火控自柜）實現，并上傳DCS報警、控制室遙控點火按鈕接口。若火炬氣排放過程中意外熄滅，來自火炬頭內部熱電偶檢測信號將再次觸發點火流程，PLC將根據點火條件的狀態，確定是否再次點火。

4 火炬頭及密封器

火炬燃燒器的設計能夠滿足在各種工況（不同流量、不同組分）下安全穩定的無煙燃燒。并且要求無噪音。能夠及時的處理生產裝置事故狀態下緊急放空時的排放量，在最大排放量下燃燒不脫火，又能保證最小量放空時不回火。

分子密封器主要功能是保證在排放氣中斷后阻止空氣倒流進火炬筒體內，確保再次排放時不會發生回火或爆炸。其工作原理是使用分子量較空氣小的氣體（常用氮氣）作為密封氣體，利用氣體的浮力在分子密封器上部鐘罩內形成一個高于大氣壓的區域，阻止空氣進入火炬系統內部，從而防止火炬燃燒器頭部燃燒著的火焰倒灌及發生內部爆炸事故。

5 其它安全附屬設施

5.1 充氮設施

在設計當中，在火炬水水封罐之后設一路氮氣管線通入火炬排放氣管道內，通過限流孔板控制氮氣流量保證火炬筒體內相對大氣維持微正壓，即有連續的氮氣從火炬頭向大氣逸出，保證空氣不會流進火炬筒體內，防止爆炸。

5.2 補壓設施

在水封罐前即低壓排放管網一側設高壓燃料氣管線，在管線上安裝自動切斷閥與管網上的壓力變送器連鎖。當壓力變送器檢測到管網壓力低于預設值時，連鎖打開自動切斷閥向低壓管網內注入燃料氣，防止在極端天氣下氣溫驟降，低壓管網內燃料氣遇冷收縮，將外部空氣吸入管網內。

5.3 可燃氣檢測設施

在整個火炬界區內設置可燃氣體及有毒氣體檢測報警，保證發生泄漏時第一時間及時發現，及時處理，避免造成人身傷害。

5.4 蒸汽消煙設施

在火炬頭上設蒸汽消煙設施，當燃料氣排放時打開蒸汽閥門，降低火炬頭的燃燒溫度，并保證火炬頭燃燒時不冒黑煙，減少對環境的污染。

[1]尤志平，陳強.SH 3009-2001.石油化工企業燃料氣系統和可燃性氣體排放系統設施規范[S].北京：中國石化出版社，2001.

[2]鐘湘生，陳文武.火炬系統的優化操作[J].安全、健康和環境，2010,10（4）：30-33.

[3]曾一斐，于安峰.火炬水封罐溢流口位置的設置.油氣儲運，2013.01第32卷.