煉油廠火炬系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝

張領(lǐng)（武漢金中石化工程公司,湖北 武漢 430223）

火炬系統(tǒng)在煉油廠中扮演著重要的角色，若設(shè)計(jì)不完善則可能造成排放氣帶液（下火雨）、點(diǎn)火不成功、爆炸甚至導(dǎo)致工藝裝置憋壓無(wú)法正常排放等安全事故。隨著火炬設(shè)計(jì)工藝及設(shè)備制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，近幾年來(lái)整體工藝設(shè)計(jì)水平已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，各項(xiàng)安全措施已經(jīng)逐步趨于完善。

1 火炬最大排放量

火炬排放量的確定應(yīng)遵循以下原則：

根據(jù)《石油化工企業(yè)燃料氣系統(tǒng)和可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》SH3009-2001中2.0.1及2.0.2條款的要求，根據(jù)各裝置在開(kāi)、停工以及事故狀態(tài)下排放的可燃?xì)怏w排放量為計(jì)算依據(jù)，每個(gè)排放系統(tǒng)在同一事故中的最大排放量，按排放量最大裝置的100%與其余裝置排放量的30%計(jì)算（體積流量），但不應(yīng)低于該系統(tǒng)中兩個(gè)不同裝置最大排放單點(diǎn)的總量；

排放量最大裝置排放量的100%與全廠其余裝置排放量的30%之和（質(zhì)量流量）作為確定火炬高度及火炬安全區(qū)域的設(shè)計(jì)排放量；

不考慮同時(shí)發(fā)生兩種事故工況的排放，對(duì)不同事故發(fā)生的排放條件不進(jìn)行組合，不考慮不可抗拒因素引起事故對(duì)排放系統(tǒng)的影響；

2 分液及水封系統(tǒng)

從各裝置來(lái)的低壓排放氣體可能帶有重組分的液滴，將低壓排放氣體送至火炬頭燃燒處理前需將液相分離出來(lái)以防止下火雨，分液罐的設(shè)計(jì)應(yīng)保證在最大排放量時(shí)排放氣由足夠的停留時(shí)間，使液滴充分被分離。

水封罐是火炬系統(tǒng)的重要組成部分，其作用主要有兩點(diǎn)：①防止火炬回火，保證低壓排放系統(tǒng)的安全，火炬水封罐設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證水封罐內(nèi)存水量能滿足火炬氣排放管道三米高度的充水量。②控制全廠低壓排放系統(tǒng)的背壓。

3 火炬點(diǎn)火系統(tǒng)

火炬點(diǎn)火系統(tǒng)是火炬設(shè)施當(dāng)中自動(dòng)化程度較高的一部分，傳統(tǒng)的火炬點(diǎn)火系統(tǒng)保持火炬長(zhǎng)明燈長(zhǎng)燃，優(yōu)點(diǎn)是可以保證燃料氣能及時(shí)被燃燒處理，缺點(diǎn)是能耗較高，并縮短了火炬頭的使用壽命。

當(dāng)前主流的火炬點(diǎn)火工藝為兩套獨(dú)立的點(diǎn)火系統(tǒng)，即自動(dòng)點(diǎn)火和手動(dòng)點(diǎn)火。高空自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)是由自動(dòng)點(diǎn)火控制箱、中間繼電器、開(kāi)關(guān)、指示燈及輔助電源組成。全部控制元器件密封在防暴控制箱內(nèi)。點(diǎn)火控制邏輯由軟件完成?？刂瓢踩⒖煽?。

以下是火炬點(diǎn)火系統(tǒng)的基本邏輯控制流程：

水封罐后端火炬總管上設(shè)置壓力變送器和流量開(kāi)關(guān)，壓力信號(hào)、流量信號(hào)以及火檢信號(hào)作為點(diǎn)火觸發(fā)條件信號(hào)?；鹁娣趴諘r(shí)，壓力信號(hào)、流量信號(hào)以及無(wú)火焰的信號(hào)（來(lái)自熱電偶）傳送到PLC輸入端，PLC輸出控制開(kāi)啟點(diǎn)火燃料氣閥、長(zhǎng)明燈燃料氣電磁閥，同時(shí)啟動(dòng)每支高空點(diǎn)火器點(diǎn)火，點(diǎn)燃每支引火筒，引燃每支長(zhǎng)明燈，并引燃主火炬，此時(shí)，熱電偶檢測(cè)到火焰溫度信號(hào)，并將信號(hào)送至PLC輸入端，PLC輸出控制關(guān)斷引火筒燃料氣電磁閥、高空點(diǎn)火器；一次點(diǎn)火流程完成。PLC進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。長(zhǎng)明燈和主火炬保持燃燒狀態(tài)。

火炬自動(dòng)點(diǎn)火、報(bào)警均在現(xiàn)場(chǎng)PLC（手、自動(dòng)點(diǎn)火控自柜）實(shí)現(xiàn)，并上傳DCS報(bào)警、控制室遙控點(diǎn)火按鈕接口。若火炬氣排放過(guò)程中意外熄滅，來(lái)自火炬頭內(nèi)部熱電偶檢測(cè)信號(hào)將再次觸發(fā)點(diǎn)火流程，PLC將根據(jù)點(diǎn)火條件的狀態(tài)，確定是否再次點(diǎn)火。

4 火炬頭及密封器

火炬燃燒器的設(shè)計(jì)能夠滿足在各種工況（不同流量、不同組分）下安全穩(wěn)定的無(wú)煙燃燒。并且要求無(wú)噪音。能夠及時(shí)的處理生產(chǎn)裝置事故狀態(tài)下緊急放空時(shí)的排放量，在最大排放量下燃燒不脫火，又能保證最小量放空時(shí)不回火。

分子密封器主要功能是保證在排放氣中斷后阻止空氣倒流進(jìn)火炬筒體內(nèi)，確保再次排放時(shí)不會(huì)發(fā)生回火或爆炸。其工作原理是使用分子量較空氣小的氣體（常用氮?dú)猓┳鳛槊芊鈿怏w，利用氣體的浮力在分子密封器上部鐘罩內(nèi)形成一個(gè)高于大氣壓的區(qū)域，阻止空氣進(jìn)入火炬系統(tǒng)內(nèi)部，從而防止火炬燃燒器頭部燃燒著的火焰倒灌及發(fā)生內(nèi)部爆炸事故。

5 其它安全附屬設(shè)施

5.1 充氮設(shè)施

在設(shè)計(jì)當(dāng)中，在火炬水水封罐之后設(shè)一路氮?dú)夤芫€通入火炬排放氣管道內(nèi)，通過(guò)限流孔板控制氮?dú)饬髁勘ＷC火炬筒體內(nèi)相對(duì)大氣維持微正壓，即有連續(xù)的氮?dú)鈴幕鹁骖^向大氣逸出，保證空氣不會(huì)流進(jìn)火炬筒體內(nèi)，防止爆炸。

5.2 補(bǔ)壓設(shè)施

在水封罐前即低壓排放管網(wǎng)一側(cè)設(shè)高壓燃料氣管線，在管線上安裝自動(dòng)切斷閥與管網(wǎng)上的壓力變送器連鎖。當(dāng)壓力變送器檢測(cè)到管網(wǎng)壓力低于預(yù)設(shè)值時(shí)，連鎖打開(kāi)自動(dòng)切斷閥向低壓管網(wǎng)內(nèi)注入燃料氣，防止在極端天氣下氣溫驟降，低壓管網(wǎng)內(nèi)燃料氣遇冷收縮，將外部空氣吸入管網(wǎng)內(nèi)。

5.3 可燃?xì)鈾z測(cè)設(shè)施

在整個(gè)火炬界區(qū)內(nèi)設(shè)置可燃?xì)怏w及有毒氣體檢測(cè)報(bào)警，保證發(fā)生泄漏時(shí)第一時(shí)間及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)處理，避免造成人身傷害。

5.4 蒸汽消煙設(shè)施

在火炬頭上設(shè)蒸汽消煙設(shè)施，當(dāng)燃料氣排放時(shí)打開(kāi)蒸汽閥門，降低火炬頭的燃燒溫度，并保證火炬頭燃燒時(shí)不冒黑煙，減少對(duì)環(huán)境的污染。

[1]尤志平，陳強(qiáng).SH 3009-2001.石油化工企業(yè)燃料氣系統(tǒng)和可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)施規(guī)范[S].北京：中國(guó)石化出版社，2001.

[2]鐘湘生，陳文武.火炬系統(tǒng)的優(yōu)化操作[J].安全、健康和環(huán)境，2010,10（4）：30-33.

[3]曾一斐，于安峰.火炬水封罐溢流口位置的設(shè)置.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2013.01第32卷.