高架火炬系统在石油化工中的应用

高架火炬系统在石油化工中的应用

高火（以下简称火）主要用于处理石化装置产生的污染和在有毒气体或事故状态下产生的燃料。火炬系统的设计包括火炬气排放管网和火炬装置两部分。火炬排放管网的设计内容包括排放气总管和各分支管的设计;火炬装置的设计内容包括火炬头、火炬筒体、分液罐、水封罐、点火器等设备设计。1火炬设施及火炬影响中石化北京某分公司炼油厂1000万t/a炼油系统改造项目新建了5套装置,新建装置事故时可燃气体排放量大,排放气体管道直径也大,炼油厂现有火炬设施的能力难以接纳新建5套装置事故时可燃气体的排放增量,且新建装置距现有火炬区较远,为保证新建装置正常生产运行及在事故时能顺利排放可燃气体,在位于新建装置区东北方向约700m处的山上新建一座高架火炬。2该计划的基础2.1设计原则根据各装置事故状态火炬气排放量,在满足相关规范和生产要求以及安全环保的前提下,确定新建火炬设计规模。2.2各装置排放工况新建5套装置包括:800万t/a常减压蒸馏装置、140万t/a延迟焦化装置、200万t/a加氢裂化装置、5万m从表1可看出:停电工况是新建火炬最大排放工况,是低压排放状态,同时排放的装置有:加氢裂化装置202000kg/h;制氢装置43000kg/h;三废装置17158kg/h(酸性气)。停蒸汽工况是高压排放最大工况,加氢裂化装置146000kg/h。3多装置组合排放新建火炬承担着炼油厂新建的加氢裂化装置、制氢装置、常减压装置及三废处理联合装置在事故时可燃气体的排放。新建火炬系统分设高、低压放空气主火炬系统及酸性放空气火炬系统。3.1水封罐和凝液罐为保证新建装置在事故时能顺利排放可燃气体,根据排放压力分设高、低压2条气体排放管,并分别设置分液罐和水封罐。各工艺装置在事故状态下的放空气送至火炬系统后,首先进入分液罐,将放空气中携带的液体进行分离,再通过水封罐入口进入水封罐内的水面以下,达到一定压力后冲破水封进入火炬燃烧。分液罐分离下来的凝液用凝液泵输送至污油系统。根据该厂现有排放气进入回收气柜管网的操作压力12~25kPa(表)和排放气管网的安全性,确定用于排放气回收的最高水封高度是1500mm;用于排放气事故排放进火炬燃烧的固定水封高度是250mm,可确保在事故排放时排放气体能冲破水封排入火炬和满足火炬系统的防回火要求。根据该厂火炬气排放工况不同切换水封实际高度。该主火炬系统原则流程如图1所示。3.2酸性-火炬系统三废处理联合装置的酸性气含H4装置设计规模火炬系统的设计工况,应选取系统内最大排放装置的一次最大排放量和同一事故中几个装置同时泄放的排放量总和中的较大值。本次新建火炬工程主火炬系统设计规模以加氢裂化装置和制氢装置停电工况、低压排放状态下同时排放的总量245000kg/h进行设计;高压排放系统设计规模以加氢裂化装置停蒸汽工况下排放量146000kg/h进行设计;酸性气排放系统设计规模以三废装置低压排放状态工况排放量17158kg/h进行设计。限于篇幅,本文主要针对新建火炬工程主火炬系统设计规模,以加氢裂化装置和制氢装置停电工况、低压排放状态同时排放合计245000kg/h火矩气进行设计计算。4.1排放气总管直径排放气管网直径的选取应满足生产装置经安全阀排放的事故排放气在克服管网阻力进入水封罐后能突破水封。在此主要叙述排放气总管的计算,排放气分支管同理可参照。根据表1中排放气的排放压力,依据SH3009—2001《石油化工企业燃料气系统和可燃性气体排放系统设计规范》式中,p火炬排放气总管直径初选1000mm,根据公式(4)求出u=113.7m/s;根据公式(5)求出ρ4.2分液罐尺寸计算分液罐主要功能是分离排放气中直径300~600μm的液滴。本新建火炬工程排放气系统采用单流卧式分液罐,单流卧式分液罐尺寸计算公式如下:式中,D液滴在气体中的阻力系数计算列线见图2。经过计算,根据公式(9)求出ρ4.3带挡液板的卧式水封罐针对该厂新建装置停电事故低压火炬气排放量大且带液量较多的实际情况,为更好的满足排放气的油水分离和气液分离,该工程火炬气系统选用带挡液板的卧式水封罐。带挡液板的卧式水封罐直径按下列各式计算:式中,D依据SH3009—2001《石油化工企业燃料气系统和可燃性气体排放系统设计规范》,水封罐进气立管必须高出水封控制最高液面3m,且挡液板顶端应高出水封段最高水位200mm,同时水封段应满足:(1)水封水量;(2)挡液板上方气体通道面积应大于进气口截面积;(3)附属设备安装要求。经过计算,根据公式(11)计算出D4.4燃料泄漏体火炬筒体的设计计算包括火炬筒体出口直径的计算和火炬筒体高度的计算。4.4.1可靠性锁体直径火炬筒体直径按下列各式计算:式中,D经过计算,根据式(17)计算得V4.4.2火炬喷枪的高度火炬筒体高度按下列各式计算:式中,h经过计算,根据式(22)求出h=132m;根据式(21)求出G5主电源的功率5.1火炬头及酸性气火炬头的技术指标要求火炬头是火炬系统中最重要的设备,主火炬头设蒸汽消烟来帮助排放气完全燃烧,新建火炬采用带敞开锥体和蒸汽夹套结构的二次引射空气式低噪音无烟型主火炬头,该火炬头公称直径为1100mm,高度为4000mm,火炬头上部筒节采用耐热不锈钢310SS,保证火炬头顶部材料的高温强度和抗腐蚀性能,火炬头下部筒节采用不锈钢304SS,确保火炬头整体抗腐蚀性能。根据硫化氢放空气体用火炬头不能采用蒸汽消烟的技术特点,酸性气火炬头采用顶部空间带锥体花瓣形引火环的低噪音无烟火炬头,火炬头公称直径350mm,高度为4000mm,火炬头上部采用镍基高温合金材料GH3030,下部采用310SS,保证高温强度和耐腐蚀性能。在主火炬头用筒体外面均布安装4套节能长明灯,在酸性气火炬头用筒体外面均布安装2套节能长明灯。节能长明灯组件设置的引射器、防风罩、过滤器、可调喷嘴,可保证其运行安全可靠性及良好的节能效果。5.2氮气扩散产物的扩散量分子密封器是火炬设施中防止回火的一个重要设备,本次设计采用折流式分子密封器,其工作原理是利用氮气作密封气体,将氮气充满分子封折流筒体的顶部,在该区域内形成微正压。当氮气在其内的流动速度略大于空气的分子扩散速度时,即可在分子封折流筒体的顶部长期形成一个不含空气的微正压区域,起到阻止空气倒流至火炬筒体内的作用。主火炬分子密封器的规格是DN1100、高6000mm、最大直径2400mm;酸性气火炬分子密封器的规格是DN350、高6000mm、最大直径840mm;分子密封器筒体材质是304SS。为防止冬季低温情况下发生冰冻,分子密封器设有蒸汽伴热设施。6自动点火系统新建火炬设置2套点火系统,即自动点火系统和地面内传焰式点火系统。点火控制信号引至炼油一厂中心控制室,点火器的气源是燃料气。当放空气体排放时,由自动点火系统启动点火,在自动点火过程中需打开燃料气管道上的电磁阀,点火成功后则关闭电磁阀;地面点火系统是自动点火系统的备用手段,当自动点火系统失灵时,启动地面点火系统,空气净化风与燃料气分别进入地面内传焰式火炬