火炬運行故障原因分析與解決措施

黃玉良(國家能源集團榆林化工有限公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

化工企業(yè)火炬系統(tǒng)故障或操作問題引發(fā)的事故經(jīng)常發(fā)生，隨著化工裝置規(guī)模日益大型化，裝置緊急排放氣量大幅度提高，加上環(huán)保嚴格要求，保持火炬系統(tǒng)穩(wěn)定運行變得越來越重要。下面結合火炬運行中易產生的故障進行原因分析，并提出解決措施。

1 火炬運行中常見故障

1.1 長明燈運行故障

某化工企業(yè)重烴火炬從2015年12月15日MTO裝置開工至2016年4月8日，儲運裝置重烴火炬的四盞長明燈和酸氨火炬的三盞長明燈經(jīng)常出現(xiàn)無故熄滅現(xiàn)象，而且沒有規(guī)律，特別是重烴火炬長明燈D和酸氨火炬長明燈C，無故熄滅的次數(shù)較多。2016年5月至2016年11月期間，重烴火炬長明燈和酸氨火炬長明燈無故熄滅的次數(shù)相對于2015年12月至2016年4月期間減少了許多，但2016年12月至2017年1月，重烴火炬長明燈和酸氨火炬長明燈又經(jīng)常出現(xiàn)無故熄滅現(xiàn)象。長明燈經(jīng)常性熄火會導致火炬排放氣無法及時得到燃燒，產生安全環(huán)保事故，因而應有效分析其原因，并采用科學處理方法[1]。

1.2 分子封損壞問題

2017年7月，某公司的甲醇酸換熱器出現(xiàn)問題，工作人員進行臨時檢修，采用變換裝置對火炬進行放空處理。此過程壓力由57 kPa增加到104.69 kPa，火炬總管出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，系統(tǒng)做出緊急停車動作。之后工作人員開展排查處理，打開分子封的檢查孔，對其內部情況進行全面排查，最終發(fā)現(xiàn)分子封的筒體和鐘罩的焊接位置出現(xiàn)脫落問題[2]。分子封筒體和分子封鐘罩焊接位置脫落情況如圖1所示。

圖1 分子封筒體和分子封鐘罩焊接位置脫落情況

分子封是火炬系統(tǒng)的重要安全設備，如果分子封發(fā)生故障，則不能夠確保在排放火炬氣中斷后對空氣倒流現(xiàn)象進行有效處理，也無法保證之后的排放工作不會出現(xiàn)爆炸、回火等問題，無法保證生產裝置與火炬設施安全[3]。

2 火炬運行故障原因分析與解決措施

2.1 長明燈熄火原因分析與處理措施

長明燈在出廠前均會開展不同風速測試以及暴雨模擬等處理。SP-2型長明燈基于降雨量為50 mm/h與風速140 km/h條件、無雨時風速為160 km/h條件，均可以穩(wěn)定燃燒，同時可以重新點燃。如果燃料氣成分的變化情況不在適應范圍，那么就會影響長明燈耐候性與耗氣量，尤其會嚴重影響長明燈抗風雨和穩(wěn)定性能。以長明燈熄火現(xiàn)象分析，主要是在風向偏向一側、風速大以及氣溫低等條件下熄火頻率更大。相關人員和廠家的技術人員對該問題進行共同研究，發(fā)現(xiàn)長明燈使用的燃料氣組分在設計環(huán)節(jié)和實踐運行過程中存在較大差異，設計環(huán)節(jié)中氮氣含量是2.64%，但是全組分析過程中氮氣含量達到30%，導致現(xiàn)場長明燈在該組份氣體方面缺乏良好適應性，進而影響長明燈運行穩(wěn)定性。燃料氣管網(wǎng)組分分析情況如下。燃料氣管網(wǎng)組分分析情況如表1所示。

表1 燃料氣管網(wǎng)組分分析情況

燃料氣的氮氣含量增加關鍵原因就是MTO設備需要將一些松動氮氣、輸送氮氣以及反吹氮氣通入反應器中，之后傳輸至烯烴分離系統(tǒng)進行壓縮分離處理，呈現(xiàn)不凝氣狀態(tài)的氮氣和少量丙烷、乙烷以及甲烷等組分均被輸送到燃料氣管網(wǎng)，因此使得燃料氣管網(wǎng)的氮氣含量增加[4]。

燃料氣的氮氣含量增加關鍵原因就是MTO設備需要將一些松動氮氣、輸送氮氣以及反吹氮氣通入反應器中，之后傳輸至烯烴分離系統(tǒng)進行壓縮分離處理，呈現(xiàn)不凝氣狀態(tài)的氮氣和少量丙烷、乙烷以及甲烷等組分均被輸送到燃料氣管網(wǎng)，因此使得燃料氣管網(wǎng)的氮氣含量增加[4]。

2016年5月通過降低MTO設備向反應器的氮氣輸送量，減少了火炬長明燈燃料氣中氮氣含量，優(yōu)化了長明燈運行工況，大大降低了熄滅頻次。即便長明燈發(fā)生熄滅情況，利用火炬點火系統(tǒng)也可以重新點燃長明燈。調整之后燃料氣組情況如表2所示。

表2 調整之后燃料氣組情況

2.2 分子封故障原因及處理策略

故障原因主要如下：(1)在原始設計方面，針對筒體下體以及鐘罩焊接點數(shù)量僅設置4個，在日常運行中，導致鐘罩經(jīng)常擺動，導致焊接點出現(xiàn)疲勞問題。(2)分子封的不同部件、筒體支撐和封鐘罩焊接的質量存在一定問題，對于部分焊縫并未進行透徹焊接，使焊縫結構無法達到標準要求。(3)支撐板和分子封鐘罩焊縫位置沒有設置加強措施，缺乏良好強度，極易發(fā)生疲勞斷裂問題。(4)鐘罩材料為15 MnR，在運行過程中，火炬氣會對其造成腐蝕與沖刷問題，使得鐘罩強度受到影響。(5)因為火炬頭和地面之間距離較大，在日常工作過程中無法進行檢查，即便在全廠大檢修時，也無法檢查分子封內部，使得焊接問題無法及時發(fā)現(xiàn)[5]。

主要采用以下方法進行處理，第一，按照損壞原因具體情況，借助相關技術對分子封上部開展鐘罩固定工作，實現(xiàn)技術改造，將支撐鋼管設置于鐘罩頂部(數(shù)量為4支，材料選擇20#鋼，外徑為114×8 mm)，防止鐘罩脫落引發(fā)憋壓問題。第二，將4個支撐腿設置于分子封底部，在圓筒體上對原支撐板進行復原焊接處理，并連續(xù)開展焊接處理，為下部焊接質量提供保障。第三，在地面上對分子封進行吊裝處理，按照全新設計圖進行加固處理，割開外筒，對底部支撐進行焊接，將原支撐板復原，開展組對過程中，保證內外筒同心、確保直線度、對于各個焊縫外觀開展著色檢驗工作。第四，加大火炬系統(tǒng)維護檢修力度，全廠停工大檢修時，將火炬分子封納入到必檢項目中，進行全面檢查。第五，選擇310 S材料替代16 MnR材料，防止發(fā)生銹蝕問題。分子封改造之后的底部情況如圖2所示。

圖2 分子封改造之后的底部情況

3 結語

綜上所述，火炬運行中，長明燈熄火與分子封問題屬于常見故障。要想保證火炬系統(tǒng)穩(wěn)定運行，應該保證長明燈能夠在任何環(huán)境與工況中被點燃并持續(xù)穩(wěn)定燃燒。實踐中需要采用技術先進的新型長明燈，同時在日常維檢以及工藝操作中開展精細化管理。另外，還需要保證分子封的密封效果，防止空氣向火炬筒體中倒流，導致火炬發(fā)生回火或爆轟。