煤化工火炬系统的确定

煤化工火炬系统的确定

0煤化工火炬的复杂性随着垃圾焚烧行业的快速发展，焚烧装置的规范化和复杂性以及煤矿生产装置的复杂性，将焚烧装置与其他油气公司相比具有处理量大、燃料消耗复杂等特点。大型煤化工火炬系统的确定及煤化工火炬运行过程之中实践问题的探讨解决显得尤为重要。1煤制烯烃的生产装置煤化工(以煤制烯烃为例)火炬涉及到的上游装置多而复杂,如气化装置、变换装置、甲醇装置、净化装置、MTO装置、PP装置、PE装置以及硫回收装置等。以180万吨煤制甲醇转60万吨烯烃的煤化工生产装置为例。上游各装置的排放气体组份涉及到H1.1排放气的工艺设置,主要影响可燃性气体的排放系统由于煤化工工艺系统流程较长,煤化工工厂大多需要经过煤气化、变换、净化、甲醇、甲醇制烯烃、烯烃分离直至最后的聚丙烯、聚乙烯等产品装置。各生产装置在生产过程之中均有不同程度泄漏量或事故状态的排放量,同时由于煤质组分复杂,因此经过各工艺后的排放气组份也比较复杂。而火炬系统通常要求被处理的气体具有足够高的热值以维持其自己燃烧,热值大于等于7880kJ/Nm³的气体才能够维持自己燃烧;如果热值不足以维持其自身燃烧,就需要借助相应的伴烧介质以达到排放气体的完全燃烧。由于煤化工排放气的组分复杂,为了保证火炬系统的安全性,对能与火炬排放系统内的介质发生化学反应的气体;易聚合、对排放系统的管道通过能力有不利影响的可燃性气体;氧含量大于2%(V%)的可燃性气体;剧毒介质或腐蚀性的气体;在装置内处理比排入全厂可燃性气体排放系统更经济、更有利于安全的可燃性气体;最大允许排放背压较低,排入全厂可燃性排放系统存在安全隐患的气体需要设置单独的排放系统进行排放或进行回收等其他工艺处理。以某180万吨煤制甲醇转60万吨烯烃化工装置为例,排放气的组份及排放压力、温度见表1。由表1可以看出气化装置、变换装置、低温甲醇洗、净化装置、甲醇装置所排放的火炬气主要组份为氢气、一氧化碳、二氧化碳以及水蒸气,这类气体混合后自身不会互相发生化学反应及聚合反应,可以单独设置排放系统,由于此类排放气体组份的热值较低(约为4016.64kJ/Nm³),排放压力在0.45Mpa左右,需增加相应伴烧系统,确保排放气体完全燃烧;MTO装置、烯烃分离装置、PP装置、PE装置所排放的火炬气组份主要为乙烯、丙烯、以及C表1中一氧化碳与氢气、丙烯容易发生羰基化反应;水蒸气和硫化氢容易形成亚硫酸、硫酸等腐蚀性介质;硫化氢与氢气、丙烯、乙烯等也易发生爆炸等化学反应。由此可见三类气体中任两类混合后其中的部分气体之间都会发生化学反应或者形成聚合爆炸性混合物。所以此三类气体不能混合排放,且由于三类排放气体的压差较大,若混合排放后容易造成上游装置排放过程中的排放气互窜,带来极大的安全隐患,只能单独设立排放系统。在确定火炬排放系统时还需要考虑最大允许排放背压,从表1中可看出MTO装置的排放气压力要远低于烯烃分离装置、PP、PE装置的排放气压力,因此,MTO装置的排放气应该再单独设置排放系统管网。煤化工火炬排放系统的确定上要结合排放介质、排放气的温度、压力、设置排放系统的经济性等综合考虑来判定。1.2设计排放量分析煤化工火炬系统排放量的确定应考虑工艺装置开、停工状况;火灾事故状况;停水、停电及蒸汽、仪表空气供应中断等公用工程事故状况以及其他突发事故状况。若由同一事故引起全厂或几个装置排放时,火炬系统排放量的确定应对各装置排放“流量-时间曲线”进行叠加,取最大值为该事故时的最大排放量;若无排放“流量-时间曲线”时,宜按照经验公式及相关设计规范中要求的叠加原则确定各排放系统的全厂最大排放量。煤化工作为新兴化工产业,火炬系统的排放量无准确的各装置排放“流量-时间曲线”,因此只能按照经验公式及相关设计规范中要求的叠加原则来确定各排放系统的最大排放量。以表2中重烃火炬排放系统的排放量来计算讨论。由表2可看出,MTO反应单元有2股火炬气送火炬系统,1股出现在停电状态下水洗塔顶安全阀的排放,排放量为98t/h,另1股为反应器四级旋风分离器正常排出的火炬气,排放量为10t/h;烯烃分离单元最大排放量出现在停电状态下,排放量为576t/h;烯烃罐区最大排放量出现在火灾状态下球罐安全阀的排放,排放量为100t/h,停水停电排放量为0。PP装置最大排放量出现在火灾状态下安全阀的排放,排放量为170t/h,停水排放量为77.154t/h,停电排放量为60t/h;PE装置最大排放量出现在火灾状态下安全阀的排放,排放量为180t/h,停水排放量为25t/h,停电排放量为143t/h。煤化工火炬排放系统的最大排放量不考虑所有装置均同时的最大排放量;不考虑同时发生两种事故的情况;同时根据每个排放系统在同一事故中的最大排放量,按影响系统尺寸最大的某个装置排放量的100%与其余装置排放量的30%之和计算(体积流量),但不应低于该系统中两个不同装置最大单点排放的总量。对照表2,按停电事故工况进行计算:对照表2,按停水事故工况进行计算:对照表2,按火灾事故工况进行计算:按上述对不同事故工况下排放量分别叠加后,不考虑同时发生两种事故的情况,因此取其中总排放量(体积流量)的最大值即停电事故工况下的排放量作为该排放系统的设计排放量。重烃火炬系统的设计排放量为666.3t/h,为了保证火炬排放系统的稳定及后续装置的负荷变化,可以相应将重烃火炬排放系统的排放量放大至700t/h。在正常生产过程中煤化工各装置仍然有小流量的火炬气排放。由表2得:重烃火炬正常生产时的排放量为4.2~14.45t/h,同时还需要考虑富氢火炬正常生产时的排放量。为了不致使重烃火炬和富氢火炬发生焖烧现象,延长火炬使用寿命。设计一支排放总管作为常燃火炬,火炬头仍然利用酸性气火炬头,将重烃火炬系统正常生产时的排放量经过安全水封罐后引至酸性气火炬进行燃烧。所以酸性气火炬的排放量就为酸性气事故工况下计算出的排放量+正常生产时重烃火炬系统的排放量之和。同理,可以计算出富氢火炬系统排放量和酸性气火炬系统总的排放量。2关于煤矿火的运行的讨论2.1有计划的放空运行问题及原因:高压富氢火炬排放时压力逐步升高,产生压力受阻的现象。由于甲醇中心开车初期及气化炉进行切炉阶段,装置排放的火炬气含有大量凝液,造成高压富氢水封阀液位迅速上升,但由于水封阀泄水能力有限,造成水封液位超高,导致上游系统放空有阻力。气化炉切炉时,气化排放气至火炬系统管段,切出的气化炉和切入的气化炉排放气体汇合,经过换热,由于温差较大原因导致蒸汽迅速冷凝。同时火炬气外网管网为长输裸管造成热量大量损失及不凝气的存在降低了水蒸汽的凝点。当备用炉计划升温及提高负荷后,将合成气引致低温甲醇洗工段造成低温甲醇洗产生的不合格合成气,最终进行放空。同样造成了低温气体与高温气体在管道中汇合,形成大量冷凝液。应对措施如下:(1)火炬气管道为裸管散热的改进措施。采用了在管道外侧进行保温处理,减少散热量(2)火炬气带有大量凝液的改进措施。采取沿线增加了两个分液罐,并将冷凝液由泵送至污水装置进行处理。由于冷凝液的温度较高,在泵的选型上选用了耐高温离心泵。增设分液罐时考虑到防止火炬气带液量过大,造成分液罐满罐,使放空系统憋压。2.2高压富氢火炬系统的构成及原理运行问题及原因:高压富氢火炬系统管路及设备发生堵塞。由于高压富氢火炬排放气含有大量的煤粉,当大量煤粉及火炬管网中未清扫彻底的杂物积聚在高压富氢水封阀本体及排、泄水管路,液位计,连通管等处。就会造成排水时间及泄水连通管回流时间过长,液位计堵塞,阀门打开后无法关紧的状况;对火炬系统的运行造成极大的威胁。应对措施:在高压富氢火炬排放系统长输管道的排放端及中部位置再增加分液罐,确保液体能够分离,并定期对管线及液位计进行反吹扫。反吹的介质可以选择氮气和水;如过利用水的话可以将反吹扫的水再用作水封罐的补水。2.3各股小流量火炬燃烧冒黑烟的问题及解决措施运行问题及原因:各股小流量火炬气互窜。由于高压富氢、低压重烃和超低压重烃火炬系统的小流量气体共用一套安全水封系统,因各股小流量排放气的排放时间不同,排放压力不同,因此容易造成三股小流量气体容易发生互窜的现象,造成各股小流量的压力升高,小流量火炬燃烧冒黑烟的现象。应对措施:首先针对小流量火炬冒黑烟的问题,由于小流量没有蒸汽或其他的助燃、伴烧介质,因此要解决小流量火炬冒黑烟的问题,就需要在小流量火炬上增设辅助风机提高风量,保证足够的空气助燃,杜绝冒黑烟的情况出现。再次对小流量火炬气互窜的现象,将三股小流量火炬气体分开,高压富氢火炬小流量仍然使用现有的安全水封罐,低压和超低压重烃火炬小流量通过新增阻火器分别进入小流量火炬系统。从而保证小流量火炬系统的正常燃烧。2.4高空点火器频繁动作,造成点火器在测点的频繁动作,导致点火器和长明灯的使用寿命,则提高点火器的使用寿命,造成点火器和点火器在正行运行问题及原因:三套火炬系统的远程点火系统频繁动作。由于火炬系统的点火系统采用热电偶所测温度作为长明灯是否正常燃烧的判别信号;热电偶的检测点经常因高空风向的原因导致检测点温度偏差而出现误报,使得高空点火器频繁动作,严重影响点火器和长明灯的使用寿命。应对措施: