石油化工园区集中火炬设施的定性及研究

赵海波

摘      要： 通过对石化产业园区集中火炬系统的研究，将以往石化项目各自安装火炬系统的做法，调整为各企业火炬集中配置，第三方集中管理并将废气回收，从根本上解决火炬气排放问题。实现公用工程一体化，能节约大量土地，资源化再利用，为生产运行提供了保障。通过对与之相关的各种技术标准的分析和研究，给出了石化园区产业区域内的集中火炬系统的选用原则。

关  键  词： 集中火炬系统;节约土地;一体化;石化产业园区

中图分类号：TQ 081       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2019）11-2584-04

Determination of & Research on Centralized Flare

System in Petrochemical Parks

ZHAO Hai-bo

（CNPC Northeast Refining & Chemical Engineering Co.， Ltd.，ShenyangCompany， LiaoningShenyang110167， China）

Abstract： Based on the research on the centralized torch system in petrochemical industrial park and the previous practice of installing torch systems in petrochemical projects， the centralized configuration of torches in various enterprises was carried out， and the centralized flare system was managed by a third party and the recovery of waste gas was realized， so as to fundamentally solve the problem of torch gas emission.The integration of public engineering can save a lot of land and make use of resources.Based on the analysis and research of the relevant technical standards， the selection principles of the centralized torch system in the petrochemical park were given.

Key words： Centralized flare system; Saving land; Integration; Petrochemical industrial park

國务院印发的《打赢蓝天保卫战三年行动计划》﹑《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》及《辽宁省“十三五”挥发性有机物污染防治与削减工作实施方案》（辽环发〔2018〕69号）中提及对于VOCs，加强废气收集，安装高效治理设施。且鉴于国外石化园区火炬系统之集中趋势及依据《石油化工园区发展规划》，为符合国家及园区发展规划，本项目规划处理工业气体之火炬系统，在园区公用工程服务中心统一配置，实现公用工程一体化，并将废气加强回收、资源化再利用。

美国最大的一个化工园区得克萨斯空气质量研究（TexAQS）与美国环保署EPA组织专家，对超过100个炼油厂对比，大约有500个火炬装置的排放进行空气质量研究发现，之前VOCs的排放被大大低估（石油化工、炼油）乙烯、丙烯、丁烯异构体、戊烯异构体、1，3一丁二烯等12种物质列为HRVOCs（高度反应可挥发性有机物），对地区臭氧形成至关重要。

我国是世界第二经济大国，对石化工业产品的依赖越来越大，而石油化工生产过程中产生的火炬气54万t/h以上，石化园区对火炬气进行集中治理势在必行。火炬按处理介质分为高压火炬、低压火炬、酸性气火炬。

1  名词解释

根据国家相关技术标准使用特点，研究如下：

1.1  火炬系统

任何一个石化企业在正常生产及装置正常开工、停工（不包括停电、停水、安全事故、操作失误等情况）时，各装置生产过程中产生的瓦斯气（HC）都会由火炬气管网汇总到火炬系统向大气进行燃烧排放，特别是当工厂遇到停电（变电所故障）、停水、停蒸汽、停风，或者火灾等事故时，其流向火炬系统的排放量可达到40～2 000 t/h，实际上火炬系统是炼油化工企业的安全泄放系统。装置泄放的瓦斯气（HC）一旦排放不及时将会引起憋压，甚至发生爆炸事故（图1）。

1.2  高架火炬

高架火炬是由自控系统、点火系统、钢结构塔架、火炬筒组成。使得火焰在顶端远程点火燃烧，远离地面，而不至于伤害到地面上的人员和工厂，高架火炬可调整其高度，从最小5 m到最高200 m。

高架火炬是化工企业最常见的火炬型式，排放的最小量到最大量都是由一个燃烧器、一个竖筒完成，难免发生燃烧不完全﹑冒黑烟的现象。但是因为工艺较为成熟、處理弹性较大故在市场上还是大幅应用。

高架火炬系统主要设备包括：火炬头、长明灯、点火装置、筒体、塔架、分液罐、水封罐、自控系统等。

按结构分：捆绑式高架火炬和自拆式高架火炬;

按点火方式分：全自动点火和手动按钮点火。

（1）捆绑式高架火炬

捆绑式高架火炬是高架火炬的一种，是高架火炬类型中最常见的一种型式。原理为把数根数筒共构在一个三角或四角型的塔架中，组成结构也由自控系统、点火系统、钢结构组成（图2）。

（2）自拆卸式高架火炬

为了各自的石化工厂在互不影响停车检维修休的情况下产生了自拆式高架火炬。组成结构虽与捆绑式高架火炬类同，但是区别在于检修人员可通过卷扬机可将火炬头，管道和其它本来高架难以维修的部件通过卷扬机分级升降到地面检察，并且不会影响到另外几根火炬竖筒的燃烧使用，对于石化工厂﹑停车就代表不赚钱，自拆卸式高架火炬的广泛应用对于石化工厂火炬检修带来方便（图3）。

1.3  封闭式地面火炬

传统高架火炬具有热辐射占地面积大，燃烧不完全冒黑烟，产生排放时火光冲天，居民抗议﹑噪音大﹑低热辐射等弊病。地面火炬能够圆满的解决高架火炬的缺点。封闭式地面火炬最高的高度一般设定在35～40m左右，处理量为由100到200t/h，火炬气燃烧方式采用分级，分段燃烧，可以将火炬气完全燃烧且不冒黑烟。

封闭式地面火炬包括地面燃烧器、长明灯、点火器、炉膛、防热辐射消音墙等主要设施。根据不同的排放气特性，地面火炬也可以采用蒸汽助燃、鼓风助燃等措施;相比高架火炬，封闭式地面火炬具有无烟、无光污染、低热辐射、低噪音等优秀的环保特性（图4）。

1.4  开放式地面火炬

开放式地面火炬应用了封闭式地面火炬分级分流多燃烧器处理和分级燃烧原理，而且采用金属围栏来屏蔽火焰对外界的影响。

因此，开放式地面火炬同样具有无烟、无光污染、低热辐射、低噪音等优秀的环保特性。 可以显著地节省土地投资;该火炬适用于大排放量气体，燃烧效率大于等于99%（图5）。

1.5  地面火炬加高架火炬

据石化工厂多年火炬建造及设计的经验得知，石化工厂的火炬气排放98%以上的时间都是小排量的，只有在特别的极端工况下才会紧急大排量的排放。高架火炬和地面火炬拥有各自的优点﹑但是也有各自的缺点，地面+高架火炬系统的综合设计是利用了地面火炬的燃烧完全﹑防火间距低﹑环保性能高但是排放量有限的特点，加上高架火炬的排放弹性大的特色结合而成。

地面火炬加高架火炬气稳定的小排量进入地面火炬采用分级，分流的方式稳定燃烧，当遇到全厂紧急停电﹑停水的极端工况下再引入高架火炬燃烧，可充分将地面火炬的优势发挥到最大﹑同时高架火炬的设置又可以弥补地面火炬的不足（图6）。

2  园区火炬设施的定性分析

一个石油化工园区由多个工厂、企业组成，有炼油、乙烯、化工等几十个大大小小装置组成^[1]，而这些装置为了排放方便，配套了自己的火炬紧急排放系统，并且基本上设计时因火炬气能回收量小故通常不考虑火炬气的回收再利用而紧急放空。这些小系统存在技术简单、缓冲时间短、操作不规范、没有监控手段等问题，造成火炬气乱排放的“无政府状态”。

对火炬气的控制标准及操作不规范造成污染。火炬气消烟蒸汽过量，造成火炬气热值低，使火炬气破解率达不到98%以上，造成污染大气;火炬气消烟蒸汽小，造成黑烟造成污染。

没有专门的法规条文的监管，使火炬排放宽松。目前，我国对石化工厂火炬排放没有明确规定，工厂开工、停工、设备的故障、停电、停水时火炬的排放。因此火炬的排放没有约束条件，目前国际上采用的是，全场大规模停电、停水与重大安全事故外，火炬气均不允许对大气排放（包括开、停工时不允许排放），要求全回收。而现在许多火炬排放的理由均采用开工、停工与设备故障等理由进行排放，而造成污染。

按照石油化工工厂布置设计规范《GB 50984-2014》3.3.5规定，多个或不同建设阶段的厂区，宜集中规划设置火炬区。4.7.3规定，当有多个火炬塔架时，宜集中布置在同一区域，辐射热不应影响相邻火炬的检修和运行^[2]。

按照石油化工设计防火规范《GB50160-2008》4.2.6规定，全厂性的高架火炬宜位于生产区全年最小频率风向的上风侧^[3]。

以上为石化产业园区火炬气排放建设、第三方集中管理、资源化再利用、生产运行提供了保障和依据。

3  火炬气排放问题对策

本次研究将以往石化项目各自安装火炬系统的做法，调整为各企业火炬集中配置（捆绑式高架火炬与自拆卸式高架火炬相结合），第三方集中管理，从根本上解决火炬气排放问题。首先采用国际上先进的技术，即火炬气不同的组分及不同的流量，对火炬气排放进行小流量﹑大流量分配的技术^[4]，先克服目前“大马拉小车”的现象，达到火炬气最安全排放，并且90%以上的时间看不到污染，在此基础之下，再图谋火炬气往高价回收再利用。

根据调研发现，包含火炬气回收系统的企业，不但火炬系统在装置正常运行的情况下没有排放，而且回收大量火炬气供全厂加热炉作为燃料，其经济效益非常可观，实践证明，既可以改善环境，又可以创造经济效益。