地面火炬与高架火炬的比较

地面火炬与高架火炬的比较

近年来，随着国外生产工艺的引进，石化企业的整体布局呈现出大型化和一体化的趋势。作为事故释放系统不可或缺的一部分，火炬系统也发生了很大变化，从最初的高火到今天的地面火再到今天。其中地面火炬由于维护方便,安全、环保性较好,在国外已得到广泛运用。火炬按照燃烧器离地面高低可分为地面火炬和高架火炬。本文通过工程实例,从适应性、安全可靠性、环保、投资与维修等方面对火炬的选择进行详细的分析比较。1地面燃烧和高火1.1时代环境的多样性地面火炬由地面燃烧炉、地面燃烧炉支柱、地面燃烧器、防风消音墙、分级燃烧系统以及长明灯自动点火装置、安全措施、控制系统、放空气系统所组成。火炬气的燃烧是在圆柱形地面燃烧炉的本体内完成。燃烧过程封闭,外界看不见火光,没有光污染,低热辐射。圆柱形地面燃烧炉内设有一定数量的、特殊结构的地面燃烧器。地面燃烧器采用梅花形多孔结构,可将大股火炬气分成许多小股,以利其和空气的混合,增加与空气的接触面积,达到无烟燃烧。空气与火炬气的混合主要是依靠火炬气自身的压力和特殊设计的燃烧器完成。梅花形多孔燃烧器在圆柱形地面燃烧炉内呈几何均匀布置,以充分利用空气。为适应不同工况和火炬气流量变化的要求,地面火炬设施采用分级燃烧、自动分级控制。即根据排放量大小、事故排放等不同情况将地面燃烧器分成若干组而形成多级燃烧系统。每级燃烧系统通过火炬气的压力来控制,利用紧闭切断蝶阀的开关来达到分级燃烧的目的,通过使用防爆膜旁路以确保安全。在多级燃烧系统中,只有第一级燃烧系统常开,当火炬气压力足够大从而可以保证地面燃烧器的热负荷,获得很好的消烟效果时,后续几级地面燃烧器才会自动逐级打开,以适应不同的排放流量。地面火炬处理量比高架火炬小,不能燃烧有毒气体。1.2高空自动点火高架火炬由自控系统、点火系统、钢结构支撑以及一个直立上升管道组成。火焰远离地面,在顶端远程自动点火燃烧。高空燃烧塔可调整其高度,从最低5m到最高200m。火炬头部配有长明灯,长明灯经点火器点燃后将一直燃烧,当排放气到达火炬头部时,立即被长明灯点燃。火炬头安装在火炬塔顶端,这样能减少对环境的辐射和减少毒性扩散范围。三种常见的火炬塔支撑方式如下。1.2.1热辐射安全问题在基自支撑式火炬塔虽是最常见的,然而价格却是最贵的,因为在各种预期的条件(风、地震以及诸如此类)下,需要大量的材料保证结构的完整性,需要足够大的区域用于基础设施和满足地面热辐射安全高度,一般限制(经济地对比选择)火炬塔高在60.96m~92.04m之间。其结构见图1(a)。1.2.2两种火炬装置的半径这种方式最便宜但要求的区域最大,这是由于绷绳的半径所要求的。典型的绷绳半径等于火炬臂总高的一半。已经使用的绷绳支撑式火炬塔的高度在187.08m~245.44m之间。其结构见图1(b)。1.2.3塔架支撑仅仅用于较大火炬塔且自支撑式无法实现,或可使用的区域排除了使用绷绳设计的可能。其结构见图1(c)。2项目的适应性2.1火炬气组成中丙烷、甲烷和乙烷的乙烷本项目火炬气最大排放量为高压8.2t/h,低压12t/h,火炬气组成为丙烷。由于考虑到为二期LNG工程预留,因此本项目选择的火炬最大排放量为40.2t/h,火炬气组成为丙烷、甲烷和少量的乙烷。由于本项目火炬气排放量较小且无毒,从火炬气排放条件来看,地面火炬和高架火炬都能满足本项目的要求。2.2设备配置要求该工程主要有2个43000m2.3闭式地面火炬的设置石油化工企业设计防火规范(GB50160-2008)中提到:封闭式地面火炬的设置按明火设备考虑。高架火炬的防火间距应根据人或设备允许的辐射热强度计算确定,对可能携带可燃液体的高架火炬的防火距离不应小于表4.2.12的规定该项目火炬设置地点与容积为43542m3火炬东北部地面火炬的缺点是开启过早会产生回火现象,开启过晚会造成憋压。当火炬非正常工作时,有潜在蒸气云聚集的危险。因此地面火炬系统通常包括特殊的安全监控、保护系统以及防回火措施。3.1空气回流排放地面火炬各放空系统的一级燃烧系统管线上均设有阻火器,保证设施安全。排放气管道上设有氮气吹扫口,以维持排放管道的微正压,防止空气倒流产生回火事故。严格控制每一级放空气管路开启时间和速度。在每个放空系统上均设置两只压力变送器,其读数精度不同,可保证每一级都能得到准确的反馈信号,从而保证每一级都能在适当的情况下打开并正常放空。同时双重信号检测也为安全生产提供了可靠的保证。3.2长明灯和长明灯节能能力好,容易抵御逐步气候影响地面火炬内设置三套高效节能型长明灯。长明灯采用引射技术,不但燃料耗量小,而且燃烧充分,火焰刚性好,不受恶劣气候影响,能抵御十二级大风及暴风雨雪,保证长明灯的运行可靠及良好的节能效果。长明灯点火采用自动点火与内传焰点火两种方式,以确保燃烧塔点火系统的绝对可靠。3.3监控和保护区系统3.3.1长明灯火焰状态地面火炬系统设置三套长明灯,长明灯保持常燃状态。每台长明灯火焰状态采用热电偶探测。当长明灯熄灭时,启动自动点火装置将长明灯重新点燃,若自动点火失败,则发出报警信号。3.3.2长明灯燃料压力监控系统鉴于长明灯的重要性,长明灯燃料气管线上设有低压报警系统,当长明灯燃料气压力过低时,发出警报,以确保长明灯燃料气供给正常。3.3.3地面火炬的安全氮气吹扫系统设有低压报警系统,当氮气压力过低时,发出报警,确保氮气供应正常。地面火炬通过采用上述一系列安全措施后与高架火炬一样安全。从安全性考虑,地面火炬与高架火炬都能满足本项目要求。4环保分析与比较4.1注入蒸汽、强制鼓风高架火炬由于火炬气出口速度较快,其燃烧所产生的噪音是无法避免的。同时为改善燃烧状况、减少黑烟产生,需在火炬头处注入蒸汽或强制鼓风,这又进一步使火炬的噪音增大。尤其在生产装置大量排放或事故排放时,地面噪音高达90dB以上,并且噪音很难消除。地面火炬燃烧炉具有很好的吸音特性,能大幅度降低火炬的燃烧噪音,炉膛的吸音墙以及防热辐射隔离墙有助于减低噪音,防止炉膛不生脉震,操作时实现无烟、低噪音。防热辐射消音墙外噪音小于75dB。4.2地面火炬燃烧炉热辐射高架火炬在放空燃烧时,火炬头处所产生巨大火焰造成的热辐射对高架火炬附近的工作人员及设备有很大的影响。有时还会夹杂滚滚浓烟,会使人产生极大的恐慌感。地面火炬燃烧炉是一座封闭式设备,火焰完全封闭,外界看不见火光,没有光污染。圆柱形地面燃烧炉的外壳用碳钢制成,内衬耐热捣打浇筑衬里,可持续使用在1200℃的环境中并具有很好的热稳定性和很低的高温导热系数,不受筒体内部温度急速变化的影响,保证较低的外表温度(小于80℃),使火焰热辐射全部封闭在燃烧塔里。炉膛内的防热辐射隔离墙使外热辐射强度小于1.58kW/m4.3地面火炬为花镜花镜下小孔结构地面燃料,一般可建立在火炬高架火炬无法保证将大量的废气燃烧而形成黑烟,特别是在事故排放时更加严重,对环境大气产生严重污染;高架火炬比较适合某一特定的工况,不能适应较大的负荷范围。在正常排放量时高架火炬可满足处理的要求,但在处理小排量废气时,高架火炬也无法保证其能够正常燃烧。地面火炬采用梅花形多孔结构地面燃烧器,可将大股火炬气分成许多小股,以利其和空气的混合,增加和空气的接触面积,达到无烟燃烧。自动控制的分级燃烧系统可以提高地面燃烧炉对排放量变化的适应性,保证当排放气流量较小时也能获得很好的无烟燃烧效果。5地面火炬的运行费用较高地面火炬由于有防回火等安全措施系统,价格比高架火炬贵40%左右。高架火炬在正常运行时,为保证火炬气的正常燃烧和完全分解,常常使用注入蒸汽或强制鼓风等手段,需要消耗大量的蒸汽或电力,运行费用较高。地面火炬实现无烟燃烧,节省公用工程费用,运行费用较低。高架火炬高处的火炬头及长明灯的维护极为不便。地面火炬的所有燃烧器设备以及其它电气仪表设备均安装在地面,维护方便。6火炬比高架火炬好,地面火炬较好综上所述,从火炬排放气条件、设备布置占地面积和安全可靠性来看,地面火炬和高架火炬