大型石油化工装置火炬系统的设置

小水

1 设置火炬的目的和作用
在石油化学工业迅猛发展的今天, 炼油、化工、
塑料等石化及后衍生产装置更加呈现出生产规模扩
大、联建联产和公用工程集中供应的特点。由于这些
装置的规模化和相互连带关系, 在开停车、日常运行
特别是突发事故发生时, 装置将排放出较大量的火
炬气或排放气, 为保证生产装置的系统稳定和安全,
使排气操作尽可能不影响装置自身及周边的正常生
产运行, 保护周边生态环境, 通常将排放气体送到火
炬中经过燃烧处理后向大气排放, 因此, 在大型石油
化工装置中设置火炬系统和火炬气回收系统, 用于
处理来自各生产装置排放的火炬气的做法是十分必
要和符合规范的。火炬系统兼顾了稳定生产、安全和
环保三大作用。
生产规模大、技术先进的石油化工生产装置必
须拥有先进、可靠的火炬系统。
2 火炬系统的设置原则和内容
2.1 火炬系统的设置原则
火炬系统方案选择的原则为: 安全、可靠、环保、
卫生。火炬燃烧排放系统为工艺装置非正常生产的
安全通道, 要求在工艺装置各种排放条件下, 能及
时、安全地进行燃烧排放, 且燃烧时对地面及周边装
置产生的热辐射在规范的允许范围之内, 火炬气中
有害物质得以充分燃烧分解, 燃烧产物残留物排放
总量、排放速率、落地浓度等在规范允许范围内, 以
免造成环境污染。
2.2 火炬系统的工程范围
火炬系统设计包括处理能力、设备参数、最大紧
急工况时的热辐射、SO2 落地浓度、长明灯、公用工
程和检维修等环节。不同工艺条件下处理物料介质
以及不同运行条件都决定了火炬系统各不相同。
火炬系统工程范围包括火炬、火炬气回收及其
附属的分液罐、水封阀、点火设施、火炬区内的火炬
气管道、公用工程物料管道、供电及通讯等内容。
2.3 火炬最大气量计算
火炬气最大排放量确定, 一般按停电、停水、仪
表空气事故、设备事故等工况进行分析、组合, 各种
火炬气排放系统必须满足最大工况下事故排放量的
需要, 以保证排放畅通, 不使排放系统出现憋压现
象, 影响生产装置的安全。
按照国内外规范及大型工程公司论证, 最大火
炬气排放量可按以下几种方法计算:
( 1) 全部叠加( 按事故工况涉及面考虑) ;
( 2) 单一最大事故排放量+ 正常排放量;
( 3) 单一最大事故排放量+30% 可能同时发生
事故量;
( 4) 单一最大事故排放量×1.1 安全系数。
2.4 火炬辐射计算
火炬燃烧产生热辐射, 对人体造成不同程度的
危害, 因此必须按照API 标准及SH 3009- 2011《 石
大型石油化工装置火炬系统的设置
陆林军
上海化学工业区发展有限公司工程管理部( 上海201507)
摘要我国石化工业的迅猛发展呈现出规模扩大、联建联产和公用工程集中供应的特点, 为保证装置系统运行安
全和保护环境, 通常设置火炬系统对生产运行各种工况下的火炬气作燃烧处理。火炬系统的设置必须以安
全、环保为原则, 火炬设计中必须对处理能力、热辐射、SO2 落地浓度、长明灯等环节进行详细计算。火炬类
型包括高架火炬和地面火炬, 从处理能力、燃烧效率、环境保护及公用工程消耗等方面比较, 地面火炬有其
明显的优势。如果对地面火炬在事故状况下的燃烧控制、尾气处理、防辐射、降噪等技术环节进行进一步调
整改进, 它将成为石化装置火炬系统未来发展的主要选项。
关键词石油化工火炬设置
中图分类号TE 65
作者简介: 陆林军男1967 年生硕士工程师现任上海化学工业区发展有限公司工程管理部副经理长期从事项目
规划、建设和管理工作
工作研究
Vol.31 No.11
Nov. 2006
上海化工
Shanghai ·26· Chemical Industry
高架火炬地面火炬
建设用地
高架火炬塔架及其相关设备占地面积较小, 高架
火炬产生热辐射影响范围较大, 因此建设用地范
围增加。
地面火炬占地面积较高架火炬大, 但因金属围栏的
防护作用, 热辐射影响范围较小, 总的占地面积小。
处理能力
因受敷设热限制及火炬塔高的限制, 单只火炬头
处理量有限。
在保证气流分配均匀的前提下, 分级燃烧, 处理量大,
适应大规模生产需求。
工艺流程
高架火炬通常包括一组含高压、低压、酸性气和
备用四个自卸式捆绑火炬头, 各种规格的火炬气
由火炬气柜经分液罐、水封罐至火炬头燃烧处理。
高、低压火炬气经过分液罐和水封罐, 进入火炬气
集气总管, 然后分成若干路进入地面火炬围栏内,
通过地面燃烧器放空燃烧。
燃烧效果排放量大时燃烧不完全, 燃烬率低, 操作困难。
燃烧嘴分级燃烧, 在各种排放量下都能燃烬, 操作
范围较宽, 为完全无烟燃烧。
噪声
正常小排放量时, 噪声源在火炬头, 地面噪声值
较小。大排放量时噪声较大。
噪声源在地面, 燃烧器喷射速度与噪声正比, 但因
金属围栏的衰减作用, 围栏外1 米处噪声值< 86dB。
有害气体落地浓度处理有害组分时, 落地浓度较低, 易满足环保要求。金属围栏较低, 有害组分落地浓度较高。
热辐射及光污染热辐射影响范围较大, 并有光污染。
正常运行时金属围栏外地面辐射热值< 1.6kW/m2,
燃烧不充分以及大量排放时, 火焰高出围栏会产生
热辐射及光污染。
蒸汽消耗
正常运行时消烟蒸汽消耗量与火炬气排放量成
正比, 无烟燃烧范围有限。
正常运行时一、二级燃烧嘴需要消烟蒸汽, 消烟蒸汽
消耗量与火炬气排放量成正比, 火炬气大量排放时不
用消烟蒸汽, 因此最大蒸汽消耗量与高架火炬相当。
燃料气消耗
一般每只火炬头需要3～4 个长明灯, 因长明灯少,
日常消耗的燃料气较少。
地面火炬各个分级燃烧嘴均需要长明灯, 因长明灯较
多, 日常消耗的燃料气量大。
维护检修高空设备维护较难。地面设施维护较简单。
仪表控制较简单: 主要控制长明灯燃料气、消烟蒸汽等。
较复杂: 除控制长明灯燃料气、消烟蒸汽外, 需要根据
火炬气排放量控制燃烧嘴燃烧级数。
油化工企业燃料气系统和可燃性气体排放系统设计
规范》要求确定热辐射控制范围及强度值, 减少热辐
射对操作检修人员及周边环境的影响。通常热辐射
强度值F 设定在3 kW/m2 左右( 上海地区平均太阳
辐射强度为0.69 kW/m2, 热辐射强度低于1.5 kW/m2
的区域内人员可以自由活动) , 并且为该火炬区多个
火炬产生的热辐射叠加值, 而不同的热辐射强度取
值对总图布置及土地利用均会造成较大影响。
另外, 必要的安全管理措施如自身保护及逃生
措施方面的安全教育、穿戴有防热辐射功能的防护
衣、设备操作和检修维护作业的防热辐射屏障设置、
控制热辐射范围内的人员进入等对减少热辐射对人
体产生危害都是十分有效的。
2.5 火炬的类型比较
火炬类型包括高架火炬和地面火炬两种, 以前
国内的石油化工领域一般采用高架火炬, 但高架火
炬的处理量有限, 随着装置规模的扩大, 开放式和封
闭式两种地面火炬被逐步采用, 其单套处理能力可
达1 500 t/h ( 高架火炬中高低压火炬处理能力分别
为1 000 t/h 和500 t/h 左右) , 同时可减少热辐射对
周边的影响, 由于增加设备管道及控制操作复杂等
原因, 通常地面火炬的投资较高架火炬大。高架火炬
和地面火炬主要性能的比较见表1。
表1 高架火炬和地面火炬主要性能比较
2.6 酸性火炬气的处理
值得一提的是, 在石化生产中的脱硫塔、酸性水
汽提等装置会泄放H2S 的酸性气体, 酸性气体也必
须有酸性气火炬单独处理, H2S 的燃烬率需大于
99%, 以减少对环境的污染。为保证硫化氢燃烬率,
并考虑SO2 的落地浓度, 因此此类酸性火炬气需要
通过设置高架火炬系统燃烧排放。
火炬高度增加, SO2 落地浓度减少, 为保证酸性
气火炬SO2 落地浓度达到三级标准( 0.70 mg/Nm3) ,
火炬高度将高达410 米。考虑到酸性气火炬是事故
排放, 因此控制SO2 最大落地浓度≤5 mg/Nm3, 此时
人们基本上闻不出SO2 气味。因此酸性气火炬通常

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