煤化工火炬长明灯熄灭原因分析及处理方法

2017-08-16宋磊刚神华榆林能源化工有限公司陕西榆林719300

化工管理 2017年20期

宋磊刚（神华榆林能源化工有限公司，陕西榆林719300）

煤化工火炬长明灯熄灭原因分析及处理方法

宋磊刚（神华榆林能源化工有限公司，陕西榆林719300）

对于任何石油化工装置、炼油装置和煤化工装置来说，火炬系统都是生产的最后一道安全屏障，在工艺生产装置处于正常工作状态时，能够安全输送和燃烧处理掉装置正常生产情况下排放出的多余的易燃易爆气体，在工艺生产突发的设备停电、停仪表风等事故状态时，能够保证生产装置工艺气体的安全排放，防止火灾及爆炸事故发生，保证人身和设备安全。火炬长明灯作为火炬系统安全燃烧的一个必不可少的设备，必须在任何时候都能够保持稳定持续燃烧状态，本文通过分析榆林某公司火炬单元长明灯运行状态、外界天气条件、操作条件和燃料气组成，找到了火炬长明灯频繁熄灭原因，并采取了相应的处理办法和整改建议。

火炬；长明灯；燃料气；组分；环保

火炬对装置的安全有着很大的影响，火炬本身是为了保障工厂在紧急事故停车时的安全而设置的，但若火炬的性能不可靠，各系统运行不稳定，就不但不能起安全作用，反而将原来有可能是分散在各处小量排放的可燃气体集中在一起大量排放，成为一个大“祸源”。长明灯是设在火炬头处的一个经常被点燃着的小火种，它的任务是及时点燃火炬筒体排放出的火炬气，所以无论气候环境如何，是下雨还是刮风，工业火炬长明灯都要能够保持稳定持续燃烧以对排放的废气进行点燃，进而满足安全环保的要求。

1 火炬系统简介

1.1 装置的地位与作用

火炬系统是企业重要的安全与环保设施，主要负责处理全厂装置正常排放和事故状态下大量排放的可燃性气体。

开停工火炬系统，主要负责处理罐区开停车工况、正常工况及事故工况下排放的可燃性气体以及装卸站排放的可燃性气体。

1.2 装置的技术来源

火炬系统的设计单位是江苏中圣高科技产业有限公司，针对不同的火炬气排放压力设置水封罐保证火炬气的安全排放；采用流体密封器实现防止回火；针对不同种类的火炬气采用燃料气伴烧、蒸汽消烟及空气助燃实现无烟燃烧的方法，满足环保的要求。

1.3 装置的主要构成单元

火炬系统分为全厂性火炬和开停工火炬。

1.3.1 全厂性火炬

全厂性火炬包括重烃火炬及酸氨火炬。重烃火炬用于处理低压重烃火炬气和超低压重烃火炬气。低压重烃火炬气主要有烯烃分离装置、PP装置、LDPE装置及罐区等的事故排放气。超低压重烃火炬气主要有MTO装置和PP装置的事故排放气；主要由火炬分液罐、水封罐、火炬筒体、点火系统、燃料气系统、蒸汽消烟系统、凝液系统及其排放管线组成。酸氨火炬负责处理净化装置（预留）排放的酸性气、富氢（预留）、重烃分流的火炬气及液氨球罐事故排放的氨气；主要由酸性气分液罐、阻火器、火炬筒体、点火系统、燃气系统、燃料气伴烧系统及其排放管线组成。

1.3.2 开停工火炬

开停工火炬负责处理在装置停工或首次开工期间，罐区开停车工况、正常工况及事故工况下排放的可燃性气体以及装卸站排放的可燃气体；主要由火炬分液罐、火炬筒体、点火系统、燃料气系统、鼓风助燃系统及其排放管线组成。

1.4 工艺说明

重烃火炬排放气从装置排出进入火炬气管网进入火炬界区，经过分液罐分液后进入水封罐，当其压力高于水封压力时排入重烃火炬筒体，经由重烃火炬头高空燃烧排放；当火炬气其压力低于水封压力无法突破水封时，对火炬气进行分流，重烃分流火炬气经过重烃分流水封罐后进入酸氨火炬放空燃烧。全厂罐区液氨事故排放气进入火炬界区，直接排往酸氨火炬头燃烧。

2 火炬长明灯运行情况及问题排查

从2015年12月15日MTO装置开工至2016年4月8日，储运装置重烃火炬的四支长明灯经常出现频繁熄灭现象，特别在天气条件较差时，重烃火炬长明灯出现频繁熄灭的次数较多。2016年5月至2016年11月，在此期间重烃火炬长明灯频繁熄灭的次数相对于2015年12月至2016年9月期间减少了许多，2016年10月至2017年5月，重烃火炬长明灯也会无规律地出现熄灭现象。

针对长明灯频繁熄灭情况，榆林某公司储运装置进行了逐项排查，通过现场实际检查和数据分析排除了以下四点影响因素并进行了相关解释：

（1）燃料气伴热效果差（此装置燃料气伴热为低压蒸汽伴热）。

（2）燃料气组分重（此装置燃料气组分为C3以下组分）。

（3）燃料气带液（燃料气在0.3MPa（G）下露点约为-60℃）。

（4）长明灯燃料气管线堵塞（煤制烯烃项目正常生产状态下燃料气中不含硫及不饱和烃组分，不易发生结焦）。

3 原因分析及处理办法

火炬长明灯出厂都会进行一系列模拟暴雨和各等级风速测试，榆林某公司现用的SP-2型长明灯均能在风速为160Km/h（无雨）时、分速为140Km/h且同时50mm/h降雨量条件下稳定燃烧，并且能重新点燃。若燃料气成分变化超出适应范围，则长明灯耗气量和耐候性均会受到影响，特别是稳定性和抗风与性能。从该公司火炬长明灯熄灭的现象上看，大多数是在气温低、风速大和风向严重偏向一侧时出现熄灭的次数较多。对此，该公司储运装置与厂家技术人员共同探讨和研究得出的结论为长明灯燃烧气气源在设计阶段与实际运行时组份相差较大，设计阶段氮气含量仅2.64%，而全组分分析氮气含量较高（约30%），使现场在用的长明灯无法完全适应该组份气体，从而导致长明灯运行不畅。

燃料气管网组分分析如下：

燃料气组分分析（LORU实测值）分析项目氩气氮气一氧化碳氢气甲烷乙烷乙烯丙烷丙烯C4+合计1吨燃料气=1121 Nm3单位%%%%%%%%%%分析结果33.970.1121.1131.336.390.016.840.170.0011热值（Kcal/ Nm3）3045 2570 8562 13900 13939 23686 19400 25700混合热值（Kcal/Nm3）003.35542.532682.47888.211.391620.1232.980.285771.34平均分子量40 28 28 2 16 30 28 44 42 56燃料气平均分子量09.51160.03080.42225.01281.9170.00283.00960.07140.00061619.978816

造成燃料气组分中氮气含量较高的主要原因是MTO装置需要向反应器中通入部分输送氮气、反吹氮气以及松动氮气，通入反应器中的氮气进入烯烃分离单元进行压缩分离，由于氮气在脱甲烷塔的操作压力下属于不凝气，所以与少量甲烷、乙烷及丙烷等组分共同送至燃料气管网中，所以导致燃料气管网中氮气含量较高。

2016年5月，通过减少MTO装置向反应器中通入的输送、反吹及松动氮气之后，长明灯的运行状态有所好转，熄灭的频次相比之前减少了许多，及时出现熄灭情况，通过多次点火也能够将长明灯点燃。

调整后的燃料气组分如下：

表3 烯烃分离装置燃料气组成（装置负荷105%）

4 优化火炬相关工艺操作，减少对长明灯燃烧的影响

(1)控制火炬燃烧器保护蒸汽流量，流量过大或过小都会影响火炬运行。在冬季时，流量过小，火炬燃烧器顶部或者内部会出现结冰现象。流量过大，火炬燃烧器顶部蒸汽冷凝量较大，容易滴落在点火器的高压裸线上，会造成高压裸线结冰短路。一般工业高架火炬控制在1.5t/h～2t/h即可。

(2)定期进行对火炬燃烧器顶部进行航空拍摄，观察点火器、长明灯及个附件状态是否良好，定期在夜晚用望远镜观察长明灯燃烧状态，检测各长明灯火焰燃烧情况是否一致。

(3)定期对燃料气组分进行全组分分析，检查燃料气组分中是否含有遇高温结焦组分和其他杂质。

(4)定期清理燃料气过滤器，防止杂质堵塞长明灯烧嘴。

(5)为了节省燃料气使用量，达到节能降耗目的，可对长明灯进行分级控制，在正常生产时，保证一组长明灯常燃，将另一组长明灯的自动点火联锁投用，以达到安全环保节能的要求。

5 对火炬长明灯的整改意见

虽然通过调整MTO装置向反应器中通入的输送、反吹及松动氮气量后长明灯运行状态有所好转，但是该公司现用长明灯气源特性只适应惰性气体含量小于20%，而调整后燃料气组分中氮气含量仍在22%～25%之间，燃料气组分变化已经超出其适应范围，所以长明灯耗气量和耐候性势必会受到影响，特别是稳定性和抗风雨性能。对此，可对现有型号长明灯进行升级改造，重新设计配风和烧嘴，将长明灯烧嘴开孔数量由原10个增加为14个，喷嘴开孔扩大20%，风门调小50%，以增加烧嘴燃料气供给量，使其能够适应燃料气组分在C1-C4之间变化，氮气在40%以下，能够具备良好的鲁棒性和火焰刚性，以保证长明灯的持续稳定燃烧。另外，在实际运行中也出现过高压发生器短路、高压裸线结冰后短路导致点火故障等问题，所以为了解决以上问题，建议新建火炬装置可以考虑采用符合相关标准并且通过性能测试和验证的一体式内点火方案，利用高能点火技术(2500V)取代传统的高压点火技术，内置式点火枪取代外置式点火枪，这样可以达到节省掉分体式点火燃料气管路、减少燃料气消耗、降低环境对点火器的干扰等目的。