煉廠消滅火炬技術(shù)分析與探討

李曉東

摘 要：介紹了煉廠在消滅火炬過(guò)程中，如何通過(guò)技術(shù)和管理手段，圍繞消滅火炬過(guò)程中遇到的突出問(wèn)題和難點(diǎn)，優(yōu)化火炬氣回收操作和提升瓦斯系統(tǒng)調(diào)整監(jiān)控手段，達(dá)到了消滅火炬，合理利用能源和提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的雙重目的，有效提高了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān) 鍵 詞：火炬氣；壓縮機(jī)；回收； 煉廠

中圖分類號(hào)：TE 624 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2015）07-1522-02

Analysis and Discussion of Refinery Flare Elimination Technology

LI Xiao-dong

（PetroChina Changqing Petrochemical Company，Shaanxi Xianyang 712000， China）

Abstract： How to use technology and management methods to solve problems and difficulties encountered in the process of refinery flare elimination was introduced as well as optimization of flare gas recovery and improving the gas system monitoring means to realize rational utilization of energy and improve the enterprise economic benefit and social benefit.

Key words： Flare gas；Compressor；Recovery；Refinery

煉化企業(yè)既是能源生產(chǎn)行業(yè)，又是能源消耗行業(yè)，過(guò)去煉廠火炬常年點(diǎn)著，一支火炬一年至少燒掉10～20 kt煉廠氣，有的企業(yè)甚至燒掉50 kt以上的煉廠氣[1]。后來(lái)為保護(hù)環(huán)境和降低加工損耗，大都回收增壓至燃料氣管網(wǎng)，利用火炬氣的高熱值，作為補(bǔ)充燃料氣。當(dāng)前全社會(huì)大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)，消滅火炬，合理利用能源已成為煉化企業(yè)降低成本增加效益和提升競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 火炬氣回收系統(tǒng)現(xiàn)狀概述

1.1 火炬氣常見(jiàn)組成

火炬氣作為一種優(yōu)質(zhì)能源，主要是指火炬氣中蘊(yùn)藏著大量有用成分，尤其是火炬氣中的C3及以上烴類組分（簡(jiǎn)稱“C3+”）總量約占原油加工量的0.1～0.2%（w），如某煉廠原油加工量500萬(wàn)t/a，按火炬氣平均流量2 200 Nm3/h計(jì)，其中含C3+組分總量7 890 t/a左右，占原油加工量的0.15%（w），具體組成見(jiàn)表1。

1.2 火炬氣回收工藝概述

目前，煉廠火炬氣回收系統(tǒng)大都主要由氣柜-壓縮機(jī)組合方式進(jìn)行回收，各裝置的低壓瓦斯氣通過(guò)管網(wǎng)至總線首先進(jìn)氣柜中儲(chǔ)存（在氣柜容量不夠時(shí)或事故狀態(tài)下停進(jìn)氣柜，直接放火炬），再經(jīng)壓縮機(jī)增壓后作為燃料氣送至高壓瓦斯管網(wǎng)完成回收；另外，為提高經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)其中經(jīng)濟(jì)價(jià)值和排量大的部分低壓瓦斯氣選擇分質(zhì)利用，專門(mén)回收，不再并入總管統(tǒng)一回收處理。

2 熄滅火炬，優(yōu)化回收火炬氣存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施

2.1 裝置不合理瓦斯排放點(diǎn)多和瓦斯排放量大

早期煉廠由于裝置不合理瓦斯排放點(diǎn)多，瓦斯排放量大，瓦斯回收能力小于排放量。還有某些煉廠火炬氣回收硬件欠缺，管理粗放。如某煉廠未熄滅火炬前，全廠產(chǎn)用平衡后火炬氣放空總量基本保持在6 000 Nm3/h以上，超過(guò)火炬氣回收系統(tǒng)壓縮機(jī)負(fù)荷（2臺(tái)螺桿壓縮機(jī)Q=1 220 Nm3/h，P=1.0 MPa），火炬不得不經(jīng)常燃燒。

火炬氣回收絕不是回收的越多越好，必須從源頭抓起，努力消滅不合理瓦斯排放點(diǎn)和控制瓦斯排放量，以減少火炬氣排放總量。嚴(yán)格按照操作規(guī)程控制好各容器、塔器、管線等設(shè)備設(shè)施的操作壓力和溫度，對(duì)于出現(xiàn)安全閥起跳、聯(lián)鎖動(dòng)作等緊急情況排放時(shí)，要立即查明原因和組織處理。

建立火炬氣和各裝置瓦斯氣組成臺(tái)帳，及時(shí)監(jiān)控和調(diào)整組成，特別是減小瓦斯氣中C3+組分含量，努力減少液態(tài)烴大量降質(zhì)為燃料氣燒掉而導(dǎo)致高附加值液態(tài)烴的低值使用。根據(jù)表1，最終優(yōu)化調(diào)整后，火炬氣年平均流2 231 Nm3/h，火炬氣中C3+組分濃度為20.9%（v），火炬氣不干情況大幅降低，為全部回收和熄滅火炬氣打下基礎(chǔ)。但是，2013年火炬系統(tǒng)氮?dú)馄骄繛?6.2%，不但增加了回收系統(tǒng)能耗，而且影響回收后燃料氣熱值，是下一步優(yōu)化的重點(diǎn)。

2.2 火炬氣回收系統(tǒng)運(yùn)行功效低

壓縮機(jī)作為火炬氣有效回收的重要設(shè)備，已成為影響火炬氣回收的主要原因，必須保證長(zhǎng)周期正常運(yùn)行和完好備用[2]。壓縮機(jī)做功能力下降，主要表現(xiàn)為在氣柜進(jìn)氣量不變和未放火炬情況下，氣柜液位上升。影響壓縮機(jī)做功能力的主要原因是火炬氣成分復(fù)雜，組成中硫化氫體積含量一般在2.5%～3.5%，管線腐蝕后產(chǎn)生的鐵銹微粒隨氣體流動(dòng)進(jìn)入壓縮機(jī)中，易造成壓縮機(jī)入口過(guò)濾網(wǎng)的堵塞。檢修時(shí)打開(kāi)壓縮機(jī)入口短節(jié)和壓縮機(jī)腔體內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量結(jié)晶物，主要是火炬氣中含有的硫化物在低溫、含氧、微正壓情況下生成硫磺造成的[3]。

建立設(shè)備臺(tái)帳，定期檢測(cè)機(jī)組運(yùn)行效率，及時(shí)清理壓縮機(jī)入口過(guò)濾網(wǎng)和入口短節(jié)及腔體內(nèi)結(jié)晶物；另外，加強(qiáng)設(shè)備的精心維護(hù)，對(duì)燃料氣壓縮機(jī)的潤(rùn)滑和密封系統(tǒng)進(jìn)行改造，選用新型密封材料，有效提高壓縮機(jī)運(yùn)行可靠性[4]，都是壓縮機(jī)長(zhǎng)周期高效平穩(wěn)運(yùn)行的保障。

另外，煉廠大都將火炬氣回收后經(jīng)燃料氣球罐閘閥控制直接補(bǔ)入燃料氣管網(wǎng)，未能充分發(fā)揮火炬氣回收系統(tǒng)中燃料氣球罐對(duì)穩(wěn)定和平衡燃料氣管網(wǎng)壓力的作用，優(yōu)化措施為燃料氣球罐壓力設(shè)為自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)燃料氣管網(wǎng)壓力高于設(shè)定值時(shí)，停止向燃料氣管網(wǎng)補(bǔ)入，回收后的火炬氣暫存儲(chǔ)于球罐；當(dāng)燃料氣管網(wǎng)壓力低于設(shè)定值時(shí)，自球罐向管網(wǎng)補(bǔ)壓，實(shí)現(xiàn)全廠高低壓瓦斯系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡。

2.3 夏季消滅火炬難度大

夏季煉油工藝伴生的瓦斯過(guò)剩，尤其是循環(huán)水溫度高，產(chǎn)品的冷卻溫度難以滿足要求，致使產(chǎn)品收率下降，損失增加[5]，低壓瓦斯氣中液態(tài)烴組分隨帶嚴(yán)重，全廠火炬氣量持續(xù)偏大，是煉廠全年消滅火炬的難點(diǎn)和季節(jié)性突出問(wèn)題。對(duì)此，一方面繼續(xù)從裝置源頭減少瓦斯氣產(chǎn)量，包括調(diào)整操作，優(yōu)化工藝參數(shù)來(lái)降低干氣產(chǎn)率和通過(guò)技改實(shí)現(xiàn)設(shè)備降溫操作，如溴化鋰制冷機(jī)在煉廠已得到普遍應(yīng)用，利用低溫?zé)嶂迫?～10 ℃冷凍水進(jìn)一步冷卻，是有效改善如夏季瓦斯氣不干狀況的有效手段。

另一方面由于夏季燃料氣需求量減小，回收火炬氣造成燃料氣壓力經(jīng)常超限，制定過(guò)剩燃料氣的利用方案，尋找新的用戶成為關(guān)鍵。考慮到煉廠地理位置的特殊性，一般只能立足于內(nèi)部解決。除采取技改措施，使全廠所有加熱爐全部燒瓦斯外，煉廠大都通過(guò)新建汽輪發(fā)電機(jī)組，兼顧燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)和夏季用電量大的特點(diǎn)，最終夏季熄滅了火炬。

2.4 瓦斯系統(tǒng)調(diào)整監(jiān)控手段和管理落

消滅火炬，重在管理。首先從制度上強(qiáng)化火炬氣回收管理，建立公司全天候統(tǒng)籌調(diào)度機(jī)制，由公司專業(yè)部門(mén)全天候調(diào)度協(xié)調(diào)，統(tǒng)一指揮，對(duì)相關(guān)責(zé)任生產(chǎn)部火炬異常排放實(shí)施監(jiān)督檢查及考核。各生產(chǎn)部按照區(qū)域劃分，負(fù)責(zé)轄區(qū)內(nèi)火炬系統(tǒng)相關(guān)工藝和裝置排放管理、設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行及維護(hù)管理。

加大對(duì)瓦斯管網(wǎng)信息化建設(shè)的資金投入，依靠先進(jìn)技術(shù)手段為生產(chǎn)指揮提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，很有必要。如廣州石化采用美國(guó)霍尼韋爾公司瓦斯實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過(guò)系統(tǒng)集成煉油裝置所有的過(guò)程數(shù)據(jù)，組建成全廠高、中、低壓瓦斯流程總圖，全面監(jiān)控瓦斯管網(wǎng)的壓力、流量、溫度等關(guān)鍵參數(shù)，動(dòng)態(tài)顯示瓦斯管網(wǎng)相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與變化趨勢(shì)，還可對(duì)裝置瓦斯排放參數(shù)進(jìn)行分組趨勢(shì)分析和歷史趨勢(shì)分析，便于專業(yè)人員迅速做出準(zhǔn)確判斷，提升消滅火炬管理效率。

表1 某煉廠2013年火炬氣組成統(tǒng)計(jì)表

Table 1 A certain refinery flare gas composition statistics in 2013 %（v）

項(xiàng)目 氫氣 氧氣 氮?dú)?CO CO2 甲烷 C2 C3 C4 C5 月均流量/（m3·h-1）

均值 44.53 0.94 16.23 0.08 0.62 9.50 6.95 14.04 5.47 1.37 2 231

3 結(jié) 論

以上分析表明：通過(guò)加強(qiáng)管理和技術(shù)進(jìn)步，優(yōu)化操作，合理利用能源，不但消滅了火炬和降低了加工損失，而且取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但是消滅火炬只是相對(duì)的，當(dāng)生產(chǎn)處于異常時(shí)，在氣柜液位處于高位且快速上升的緊急情況下，操作員有權(quán)不經(jīng)請(qǐng)示，將氣柜立即切除，并通過(guò)高性能火炬點(diǎn)火系統(tǒng)，迅速點(diǎn)燃火炬，防止氣柜出現(xiàn)冒頂事故。這也說(shuō)明消滅火炬的相關(guān)技術(shù)發(fā)展還需要我們進(jìn)一步去努力和探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]張德義.建設(shè)節(jié)約型煉油工業(yè)進(jìn)一步搞好節(jié)能降耗[J].煉油技術(shù)與工程，2006，36（1）：1-5. （下轉(zhuǎn)第1526頁(yè)）