針對石油化工火炬系統(tǒng)的探討

蔣偉寧 中國石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司沈陽分公司

隨著國家石油煉化和化學(xué)化工產(chǎn)業(yè)的逐步提升和發(fā)展，新建煉化裝置的處理量和處理能力也是顯著提升。為保證煉化和化工裝置生產(chǎn)設(shè)施的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行，按現(xiàn)有最成熟的技術(shù)是設(shè)置火炬系統(tǒng)，對各種生產(chǎn)裝置非正常生產(chǎn)運(yùn)行的工況下排放出的氣體作燃燒處理。火炬系統(tǒng)的設(shè)置必須以安全、環(huán)保為原則，整體火炬系統(tǒng)需要對燃燒處理能力、熱輻射、長明燈、點(diǎn)火系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等要進(jìn)行仔細(xì)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)核算和論證。一般在火炬氣總管輸出后設(shè)置、分液罐、集液罐、火炬塔架、火炬燃燒器、水封罐、分子密封器（或在火炬內(nèi)部設(shè)置內(nèi)嵌式流體密封器）、火炬筒體、蒸汽消煙系統(tǒng)、氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)、自動點(diǎn)火系統(tǒng)、地面爆燃點(diǎn)火裝置、火焰監(jiān)測器及相關(guān)的邏輯控制電路和輔助管網(wǎng)系統(tǒng)等等；

一、火炬塔架形式

根據(jù)火炬頭的維修、更換方式，火炬塔架可分為三種結(jié)構(gòu)：

1. 固定式三角形和四邊形塔架，可單個、多個豎筒共構(gòu)捆綁；

2. 可拆卸式塔架，可單個、多個豎筒共構(gòu)捆綁；

3. 自拆卸式火炬塔架，可支承多個火炬筒體。

三種塔架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

（1）固定式塔架

碳?xì)錃狻⑺釟饣鹁婀矘?gòu)捆綁、火炬裝置維護(hù)、檢修需系統(tǒng)停車，人工上去檢維修，拆卸、安裝火炬頭需要大型吊裝機(jī)具。

（2）可拆卸式塔架

碳?xì)錃狻⑺釟饣鹁婀矘?gòu)捆綁，塔架頂端設(shè)置吊裝升降設(shè)備。火炬裝置維護(hù)、檢修需系統(tǒng)停車，人工上去檢維修，拆卸、安裝火炬頭不需要大型吊裝機(jī)具，可利用吊裝升降設(shè)備完成。

（3）可拆卸式塔架

塔架可滿足火炬筒體拆卸要求、安裝簡單。

①在同一高架火炬塔架上可以同時(shí)捆綁支撐多個火炬筒體，塔架采用工廠預(yù)制，廠內(nèi)預(yù)組裝，便于保證安裝精度、周期和安裝整體質(zhì)量。塔架結(jié)構(gòu)設(shè)滿足可拆卸式火炬筒體的裝卸要求。

②采用油漆、熱浸鋅防腐技術(shù)，可保證塔架的防腐壽命大于20年。

③其中一套火炬排放筒體的故障檢維修不會涉及和影響到其他火炬系統(tǒng)的正常生產(chǎn)運(yùn)行，火炬塔架采用法蘭、螺栓聯(lián)接，便于現(xiàn)場快速安裝。

④不需要使用大型或?qū)Ｓ玫脑O(shè)施對火炬系統(tǒng)進(jìn)行施工安裝和檢維修工作。

二、火炬燃燒器

火炬燃燒器是化工火炬系統(tǒng)中起重要絕定作用和主要的設(shè)備，各生產(chǎn)裝置非正常工況下排放出的可燃?xì)怏w都是通過燃燒器燃燒，火炬燃燒器的選用選擇有以下基本要求：

1.滿足各生產(chǎn)裝置不同工況下的火炬氣安全燃燒。既能達(dá)到滿足生產(chǎn)裝置事緊急事故狀態(tài)下需要的排放量，在最大排放量下燃燒不脫火，又能達(dá)到整個系統(tǒng)小排量時(shí)燃燒的不回火；

2.排放氣體的在盡量達(dá)到完全燃燒的要求，燃燒產(chǎn)生的煙霧要消除掉，燃燒過程中的副產(chǎn)物要達(dá)到并滿足相關(guān)環(huán)境保護(hù)的有關(guān)規(guī)定；

3.排放氣體要求達(dá)到完全燃燒時(shí)，能耗不能過高；

4.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理簡單，使用和安裝維護(hù)維修要便捷，正常工況使用周期長；

5.燃燒過程中的噪音和光線對周邊的環(huán)境影響小。

三、密封器

密封器一般分兩種：一種是分子密封、另一種是流體密封（設(shè)置在火炬頭內(nèi)部）。

分子密封器是一種防回火設(shè)備。分子密封器采用鐘罩結(jié)構(gòu)，利用氮?dú)庾鳛槊芊鈿怏w，根據(jù)氮?dú)獾母×υ阽娬謨?nèi)形成一個高于大氣壓的區(qū)域，阻止火炬系統(tǒng)里面空氣的進(jìn)入。

分子密封器底部設(shè)有排凝口、手孔，將積液通過排凝口污物排凈，避免產(chǎn)生腐蝕和堵塞。密封器底部設(shè)置環(huán)形伴熱管，在冬季在分子密封器底部及排凝管都需要伴熱，以避免冷凍結(jié)冰堵塞放空通道和排凝通道。

四、火炬筒體

固定式、可拆式塔架的火炬筒體為底部固定，各節(jié)焊接置于塔架中。

自拆式火炬筒體。火炬筒體分段設(shè)計(jì)，通過法蘭聯(lián)接，將全部公用工程管線及電器儀表管線分段敷設(shè)在每節(jié)筒體上，同時(shí)每段筒體預(yù)先焊好滑動支架及吊裝設(shè)施，以便安裝、拆卸，組裝時(shí)火炬筒體上的所有公用工程管線通過法蘭連接，儀表管線通過接線盒連接。

火炬筒體上的蒸汽管線要設(shè)置脹力彎，用以吸收膨脹位移，每節(jié)筒體上的脹力彎通過固定支架和滑動支架敷設(shè)在每節(jié)筒體上。

安裝每節(jié)筒體時(shí)要將筒體上的滑動支架置入到塔架上升降導(dǎo)向滑道內(nèi)，可上下移動，火炬筒體所受的橫向載荷，通過筒體上的滑動支架傳遞到塔架上，其載荷由塔架承擔(dān)。

火炬筒體全部在工廠預(yù)制完成，并同塔架一起進(jìn)行預(yù)組裝，以便校驗(yàn)尺寸精度和安裝精度，火炬筒體自上而下的兩節(jié)筒體采用高溫耐熱防腐漆，其余采用富鋅油漆以抗大氣、環(huán)境腐蝕。

五、火炬消煙系統(tǒng)

火炬燃燒器的消煙通過注入水蒸汽的方法來實(shí)現(xiàn)。

火炬燃燒時(shí)可通入蒸汽進(jìn)行消煙，蒸氣為可自動調(diào)節(jié)式，調(diào)節(jié)量將隨著火炬氣體放散量及燃燒溫度進(jìn)行控制。

在火炬燃燒器系統(tǒng)中心設(shè)置蒸汽管道噴管。通過管道噴進(jìn)的蒸汽能夠改變?nèi)紵齾^(qū)中心的水碳比，還可以有效降低火炬頭部燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫，同時(shí)也達(dá)到了使燃燒器使用周期延長的目的。

在火炬燃燒器系統(tǒng)中心設(shè)置蒸汽管道噴管。其主要作用是通過蒸汽噴嘴噴出高速蒸汽，同時(shí)從下部引射大量的空氣，給火焰高溫缺氧區(qū)提供空氣，達(dá)到排放氣體與空氣混合充分的目的。這種方法可以托高火焰，使火焰遠(yuǎn)離火炬燃燒器頭部。

火炬燃燒器頭部外圍上部設(shè)置環(huán)行蒸管。環(huán)形蒸汽管周圍設(shè)有若干噴口，布置均勻。使蒸汽旋流狀噴出，使排放氣體和空氣的混合達(dá)到理想效果。

六、氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)

氮?dú)夤芙?jīng)總閥、限流孔板，經(jīng)管線接至火炬筒或分子密封器，由氣動閥控制，作為吹掃和密封氣源。

七、點(diǎn)火控制系統(tǒng)

點(diǎn)火系統(tǒng)通常設(shè)置點(diǎn)火源、引火筒與長明燈。火炬的點(diǎn)火方式一般有兩種：一種是高空自動/手動點(diǎn)火器，另一種是自動/手動地面爆燃點(diǎn)火器，這里主要介紹地面爆燃點(diǎn)火器。

地面爆燃是指燃料氣與空氣按一定比例混和，進(jìn)入爆炸范圍后，遇火產(chǎn)生的微小爆炸，燃燒時(shí)產(chǎn)生的火焰通過管道達(dá)到火炬頭（火焰?zhèn)鞑サ乃俣瓤梢赃_(dá)到亞音速），系統(tǒng)由爆燃罐、壓力表、高能點(diǎn)火器、球閥閥組，可以實(shí)現(xiàn)人工手動點(diǎn)火。

地面爆燃點(diǎn)火器采取用兩道閘閥的控制調(diào)節(jié)方式，并且在空氣及燃料氣管線上均設(shè)有限流孔板，現(xiàn)場操作人員容易調(diào)節(jié)到合適的爆燃混和比，因此具有極高的點(diǎn)火成功率，點(diǎn)火器使用壽命≥10年。