火炬蒸汽系統凝結水的危害與改進探討

周世昌++張世東++牛闖

摘 要：本文通過對某石化企業火炬系統消煙蒸汽凝結水結冰，造成火炬設備損壞的原因進行分析，闡明蒸汽帶水對火炬系統運行的危害，并對此提出改進方法，以避免類似情況再次發生。

關鍵詞：火炬系統；蒸汽凝結水；結冰；損壞設備；改進

中圖分類號：TQ085 文獻標識碼：A

1.概述

火炬是一種應急性的裝置。主要是在異常工況下將有害轉化為無害，高毒變為低毒，最大限度地減少對環境得污染和毒害。某北方大型煉油廠火炬系統采用高架式可拆卸火炬，塔高150m，設置高壓、低壓和酸性氣3臺火炬共架。火炬系統距廠區3km，水電汽風等公用工程齊全。春、夏季，該火炬運行正常，但進入冬季，隨著氣溫的降低，該火炬蒸汽系統的不足開始顯露：消煙蒸汽攜帶大量的凝結水到達火炬頂部并噴出，散落到火炬頂部平臺上，不斷聚集增大，形成冰塊，最大可達1.5t。而在火炬大量排放時，平臺金屬受輻射變熱，導致冰塊融化自145m高空墜落，使所經的高壓點火電纜，信號線纜，檢查平臺和地面點火線嚴重受損。另外，火炬蒸汽系統帶凝結水，影響到消煙蒸汽的效果，導致火炬頭“悶燒”，降低了使用壽命。

2.火炬消煙蒸汽的機理

石油化工生產裝置開停工、非正常生產及緊急狀態下，無法進行有效回收的可燃氣體排向火炬系統。這些氣體一般都是多種氣體的混合物，完全燃燒時生成水蒸汽和二氧化碳：

如果不能完全燃燒就會產生一氧化碳和碳黑，而碳黑是火炬黑煙的主要來源。在實際生產中，通常使用蒸汽作為消煙的手段：即：

火炬消煙蒸汽分為兩路：

第一路為下部引射蒸汽，通過火炬頭下部的梅花噴嘴引入。利用蒸汽高速噴射將30倍于蒸汽的空氣量引射到火炬頭內與排放氣混合，使蒸汽的消煙能力得到進一步增強。同時，可增加火焰剛度，縮短火焰長度并可將火焰托高，降低火炬頭部溫度，有效延長火炬頭的使用壽命。

第二路為中心蒸汽，通過火炬頭的中心管引入。在中心管出口將蒸汽噴向火焰中心，與排放氣均勻混合起消煙作用，并同時對火炬頭起到冷卻保護作用。

在此過程中，蒸汽的質量起著至關重要的作用。

3.蒸汽系統凝結水的產生與危害

火炬系統距廠區3km，當蒸汽通過管道（DN300）輸送至火炬系統區域內時，壓力由0.9MPa降至0.7MPa，溫度由180℃降至165℃，管道內產生一定量的凝結水，并蒸汽流向火炬，由下向上在火炬消煙蒸汽管道內形成一段水柱，并沿150m高的火炬向上爬升，在消耗蒸汽能量的同時，加大了凝結水量。最終到達火炬頂部，從梅花噴嘴及中心管噴出。

凝結水的存在，對火炬運行的危害無疑是巨大的：

首先，蒸汽凝結水的存在，降低了引射蒸汽的效果，少量的水可使消煙效果變差，火焰無法被抬升，火焰在火炬頭表面燃燒，加速了設備的老化，縮短火炬頭的使用壽命。而大量的水將導致火炬熄滅，有毒有害氣體排入大氣，危害環境。

其次，中心蒸汽帶水，蒸汽無法在中心管口噴向火焰中心與排放氣均勻混合，并失去冷卻保護，形成“悶燒”，造成火炬頭燒壞。

第三，高溫的火炬頭，在大量的凝結水作用下，溫度急劇下降，火炬筒會因溫差產生熱應力而變形，甚至產生裂紋。同時火炬筒和火炬頭會因此加劇腐蝕、銹蝕剝落，加速設備的老化。

因此，合理處置蒸汽系統凝結水，對火炬系統的正常運行以及延長火炬頭的使用壽命有著十分積極的意義。

4.火炬蒸汽系統改造

在充分認識到蒸汽凝結水危害的前提下，對火炬蒸汽系統進行了工藝改造：

（1）在火炬界區蒸汽主線增加了一臺分水器，主要目的為切除蒸汽中的大量凝結水。

（2）在火炬界區增加了一臺凝結水罐（20m3），替換原有的凝結水罐（3.5m3），增大儲水量。

（3）增加相應的凝結水回收、回送工藝。

（4）在火炬消煙蒸汽爬升管最低點增加低點導淋，排放蒸汽爬升過程中產生的少量凝結水，如圖1所示。

5.改造效果評估

火炬蒸汽系統改造后，火炬蒸汽凝結水回收量15t～20t/24h，火炬凝結水就地排放、火炬頂“下雨”、火炬頂部平臺積冰的現象得到控制。特別是冬季，火炬頂部僅有少量紅棗大小的碎冰掉落，不再有巨大冰塊損壞設備設施的現象。而凝結水的回收，降低了能耗。

結語

本文分析了火炬系統消煙蒸汽凝結水對火炬系統運行的危害，并提出火炬蒸汽系統的改造，解決了火炬凝結水就地排放、火炬頂“下雨”、火炬頂部平臺積冰的隱患，為火炬系統的正常運行以及延長火炬頭的使用壽命打下了良好的基礎。

參考文獻

[1]甘敏.合理回收利用裝置中的蒸汽凝結水[J].化工設計，2002（6）：4.