火炬头裂缝形成原因及处理方案

2019-07-28郝丽珍

商品与质量 2019年51期

郝丽珍

江苏中圣高科技产业有限公司江苏南京 210000

1 富氢低热值火炬头情况介绍

本项目中的富氢低热值火炬头用于处理装置开停车和事故状态下排放的富含H2（体积含量超30%）的火炬气，并于2014年投入使用，火炬运行初期未发现火炬头异样。后期，火炬头处出现回火爆鸣、喘震，且在接近火炬头与筒体法兰连接处发现明火，可以确定此处发生火炬气泄漏。在停工检修期间，对火炬头检查发现，主火炬头下部多处裂缝，中间部位外凸。

2 火炬头裂缝形成原因分析

富氢低热值火炬头的运行环境较苛刻，在开停车或装置事故期间，火炬头顶上有火焰燃烧，本文从火炬头设备本体材质、火炬工艺系统设置、现场操作情况来分析火炬头裂缝形成原因。

2.1 火炬头材质

火炬头处于高温环境，其上部材质一般为耐高温的材料310SS，下部为304SS，设计图纸显示，鼓包、开裂部位的材质为304SS，如果此处材质不合格，难以承受火炬气燃烧产生的辐射热及高温，在火炬运行期间，火炬头会变形，开裂。

2.2 火炬系统存在小流量火炬气

富氢低热值火炬头的最小设计排放量为49500Nm3/h，在此排放量下，火炬头出口速度为6．8m/s，不会发生闷烧、回火。但实际运行过程中，装置开停车火炬气量随时间推移而逐渐减少，当排放量减少到1100Nm3/h，火炬头出口流速≤0．15m/s，火炬头发生焖烧，即火炬气在火炬头中燃烧，导致火炬头的温度超出其设计温度，火炬头因高温而软化变形，形成破坏条件[1]。与火炬系统相连接的装置设备阀门的泄漏等级不满足设计要求，导致装置不断向火炬系统泄漏小量的可燃气体，该部分可燃气体同样在火炬头内部焖烧。

2.3 惯性负压导致回火发生

正常情况下，火炬系统中在火炬与装置之间有一个水封罐，水封罐中安全水封的设定可以阻止火焰向装置蔓延，以保证装置安全。当火炬气量减少到不能突破水封罐的安全水封值（300mm）时，火炬气在火炬管网里聚集，导致火炬管网压力逐渐升高，就会突破安全水封；突破水封之后，管网压力释放，安全水封重新建立，火炬气继续在火炬管网聚集，如此反复。已冲破安全水封的火炬气因惯性继续向前，一直到火炬头冲出、燃烧后排放，但由于无后续火炬气补充，在主火炬筒体处形成惯性负压，随着负压处压力逐渐平衡，会将火炬头处的气体（包含有空气）吸入火炬头，导致在火炬头内部回火爆鸣。如此反复，直至火炬头薄弱处出现裂缝，空气开始从裂缝处进入火炬头，加剧火炬头的回火爆鸣，火炬头裂缝进一步扩大，如此恶性反复，导致火炬头变形、撕裂[2]。

2.4 水封罐安全水封过高

水封罐的液位计靠近火炬气入口管，在火炬气排放期间，水封水被火炬气吹开行成锅形，导致液位计测得的数据小于实际水封值。现场操作为维持安全水封（300mm），将排水水封的液位控制阀关闭，打开连续补水阀一直补水，导致水封罐内的实际液位高于安全水封，加剧了火炬官网憋压、泄压，从而加剧了火炬回火爆鸣。

3 火炬头裂缝处理方法

3.1 检测火炬头材质

一般情况下，火炬头设备进厂之前需经过检测，合格的情况下业主才可能接收。为确保火炬头的材质满足设计要求，需要重新对火炬头取样分析。

3.2 修复火炬头裂缝

由于检修期间无备用火炬头，无法实现火炬头更换，需要检查火炬头本体，找出所有裂缝，并修复火炬头裂缝。采用裂缝处相同材质的钢板（钢板厚度不小于火炬头主体厚度10mm）将裂缝覆盖，并与火炬头焊接，隔绝外部空气与火炬头内部气体的接触。

3.3 火炬系统设置小流量火炬

在水封罐前的火炬气管道上接DN200的小流量火炬气管道，经小流量水封罐后，送火炬头处，依附在火炬头旁边燃烧排放。火炬气管线上可设置远程操作开关阀，便于控制室操作。当装置开停车负荷减小到一定程度，打开小流量火炬管线开关阀，火炬气去小流量火炬燃烧排放，保护火炬头防止焖烧。系统详见图1。

3.4 控制水封罐安全液位

按照SH3009-2013《石油化工可燃性气体排放系统设计规范》中8．2．25b）要求，对于含有氢气、乙炔、环氧乙烷等燃烧速度异常高的可燃性气体水封高度不应小于300mm。本项目火炬气中含有氢气，有效水封高度按照300mm设计，按照多个项目的工程经验，火炬气在该水封值下不会发生爆鸣、喘震。由于现场操作工将排水阀关闭，导致水封罐中的污水无法排出，水封液面越来越高，有效水封值也越来越大，导致实际的有效水封值＞300mm，如图2所示。操作中应该保持排水阀处于常开状态[3]。