聚乙烯裝置地面火炬系統改造及效果評價

唐建兵，王俊杰，包望飛

（神華寧煤集團烯烴二分公司，寧夏靈武 750411）

火炬系統是化工企業最重要的安全環保系統，是化工裝置正常生產、運行的重要保證。在化工廠處于緊急事故狀態、開停車狀態及正常生產狀態時，火炬具有處理排放可燃、有害有毒氣體的功能，以使氣體介質暢通、順利排出，保證裝置安全、正常運轉、力求達到安全性和經濟性的統一[1-3]。

神華寧煤集團煤化工副產品深加工綜合利用項目聚乙烯裝置采用美國Univation公司UNIPOL氣相法技術[4-6]，以乙烯單體為原料，以丁烯-1或己烯-1作為共聚單體[7-9]，在一定溫度和壓力下進行聚合反應，生產聚乙烯產品。裝置采用單線操作，設計年操作時間為8 000 h，年生產能力為45×104t聚乙烯顆粒樹脂，操作彈性為設計能力的60%～110%。可生產線性低密度和高密度聚乙烯樹脂，設計的產品方案共15個牌號，產品密度范圍為0.918 g/cm3～0.965 g/cm3，熔融指數范圍為0.05～155，可用于生產薄膜、包裝袋、容器、管材等制品。

1 工藝概況及改造方案

1.1 火炬系統工藝概況

本裝置設有兩套獨立的火炬氣排放系統，一套是排往界外全廠高壓火炬系統，另一套是排往封閉式地面火炬系統。排放到全廠高壓火炬的工藝氣體和壓力泄放設施的排放氣，通過裝置界區內的火炬總管收集匯合后經過高壓火炬分液罐D-29301分離后將氣體送到在界區外設置的高壓火炬。密封式地面火炬系統用于處理來自聚乙烯裝置、聚丙烯裝置、合成氨裝置排放的低壓火炬氣，工藝流程（見圖1），排放到封閉式地面火炬的工藝氣體，在裝置界區內的火炬總管收集匯合，經過低壓火炬分液罐D-29302對液相進行分離，分離后將氣體送到在界區內設置的封閉式地面火炬系統。火炬氣經分液罐D-29304、水封罐D-29305后進入分級燃燒系統，確保裝置在開停車、事故和正常生產時排放的火炬氣能夠及時、安全、可靠的在火炬筒體中燃燒，滿足環保要求。

地面火炬水封罐[10]D-29305的作用是保證火炬氣管網系統處于微正壓，防止空氣進入火炬氣管網系統導致火災或爆炸。通過向水封罐補充工業水和增加溢流口使水封罐保持穩定的液位，水封罐溢流的水至地面火炬集水池后經泵送至裝置界區外。

1.2 存在的問題

裝置地面火炬水封罐改造前的工藝流程（見圖2），當地面火炬系統上游火炬氣量較大時，水封罐壓力升高，溢流水量增大，液位降低，為保證水封罐液位需持續向水封罐補充新鮮工業水。水封罐溢流的工業水至地面火炬集水池后通過外送泵送出裝置，使工業水的消耗增加。另一方面，如果裝置工業水供應中斷，水封罐液位無法保證時，存在水封罐無法水封的安全隱患。

1.3 改造方案及可行性分析

水封罐和地面火炬集水池外送泵為裝置原有設備和建筑，本次改造以原有設備和建筑物為基礎，在地面火炬集水池外送泵出口增加一條管線至地面火炬水封罐工業水補充線，將集水池中來自水封罐的溢流水通過集水池外送泵返回至水封罐。

圖1 地面火炬系統工藝流程Fig.1 The process flow of the ground torch system

圖2 改造前的工藝流程Fig.2 Process flow of before transform

表1 水封罐工藝參數Tab.1 Process parameters of water-sealed tank

表2 集水池外送泵工藝參數Tab.2 Process parameters of the pump

表3 聚丙烯、聚乙烯裝置地面火炬氣組成Tab.3 Polypropylene，polyethylene plant ground torch gas composition

為確保改造后，集水池外送泵出口流量滿足水封罐補水流量要求，對相關設備做匹配性分析。水封罐和集水池外送泵的工藝參數（見表1、表2），地面火炬水封罐D-29305的最大溢流量為3 500 kg/h，集水池外送泵P-29601的流量為5 m3/h，輸水能力約為5 000 kg/h，完全滿足水封罐的補水量。

為保證回收溢流水滿足水封罐水質要求，防止因回收溢流水長時間循環被火炬氣污染，導致安全事故發生，對火炬氣組分進行分析。

聚丙烯、聚乙烯裝置地面火炬氣組成（見表3），可以看出其主要成分為氮氣和烴類物質，都不溶于水，不會對水封罐水質造成污染。

合成氨裝置地面火炬氣組成（見表4），可以看出其主要成分為甲烷和氫氣，這兩種氣體均不溶于水，不會對水封罐中水造成污染。火炬氣中的二氧化碳、氯、硫、硫化氫等物質可溶于水，會對水封罐中的水造成污染，但是這些物質的含量極低，對水封罐中的水污染很小，為避免由于溢流水長期循環可能導致這些物質的累積對水封罐中的水質造成污染，發生安全事故。改造完成后裝置運行期間對積水池的水質定期檢測分析，若水質無法滿足要求，則將水封罐中的補水切換為新鮮工業水，將集水池中的污水通過外送泵送至界區外處理，待集水池中的水質合格后再進行切換。

表4 合成氨裝置地面火炬氣組成Tab.4 Synthetic ammonia installation ground torch gas composition

2 改造效果

2.1 改造后的工藝狀態

地面火炬水封罐改造后的工藝流程（見圖3），增加了集水池外送泵出口至地面火炬水封罐工業水補充線的管線及管道過濾器、閥門等，將集水池中來自水封罐的溢流水通過集水池外送泵返回至水封罐循環利用。

如果裝置工業水中斷，通過集水池中的水至水封罐循環，可以保證水封罐的液位，防止因水封罐水封不足發生事故。考慮到冬季的防凍防凝問題，技改管線增加了蒸汽伴熱和保溫。

2.2 改造后的效果評價

系統改造完成后，將集水池送回水封罐循環使用，運行期間集水池外送泵工作正常，水封罐液位可控制在正常范圍內。運行10 d后對集水池的水質進行了監測分析，結果（見表5），pH值和石油類含量滿足SH3099-2000標準給水水質要求。說明火炬氣對水封罐水污染較小，水封罐溢流水回收利用改造可行。

裝置運行期間水封罐平均溢流量約為1.8 t/h，每年可節約工業水15 768 t，達到了節約資源，保護環境的效果。

圖3 改造后的工藝流程Fig.3 Process flow of after transform

表5 集水池水質分析Tab.5 Water quality analysis in the collecting tank

3 結論

通過對地面火炬水封罐溢流水的回收利用改造，取得了以下成果：

（1）減少了裝置工業水用量，降低裝置運行成本。

（2）在裝置工業水中斷的情況下，為水封罐連續供水，保證地面火炬系統安全運行。

（3）達到了節約資源，保護環境的效果。