地面火炬燃烧系统的设计与维修

地面火炬燃烧系统的设计与维修

火炬装置是与石油公司相关生产装置有关的安全排放燃烧装置。排放燃烧及时、安全、可靠;燃烧完全、噪声低,满足环保要求;运行费用低、防护半径小,是对火炬排放装置最基本的要求。由于地面火炬具有向四周扩散的热辐射小、检修方便、周围环境污染轻、占地面积小、投资费用低、无烟能力达到100%等特点,同高架火炬一样,成为石油化工生产装置排放废气及紧急事故排放的一种有效手段。1地面火炬系统的设计上个世纪70年代初,国外就针对大排量的装置开发出一种多级多燃烧器地面火炬排放系统,着手地面火炬的研究和开发,产品遍及全世界十几个大型乙烯项目及一些大型的炼油生产和天然气开采项目。多级燃烧器火炬系统采用气体的可应用压力能量来饱和多余的空气。因为火炬气体能够较好地与空气混合,所以能够改善燃烧,如果压力和空间许可,多燃烧器火炬可以达到无烟燃烧效果,多燃烧点可以分级并列分布或者分高度排列。如果第一级压力增大,那么系统压力增大,第一级压力达到最大程度时,第二级打开以便增大容量,增大的容量能够在保持同样流量的情况下减轻压力,第三级的原理如同前述。多级火炬燃烧器分级火炬由歧管供气,歧管将火炬气体流量分配到与一个或多个燃烧器相连的单支管,控制阀将火炬气体分向各支管,出于安全的考虑火炬系统安装旁路阀。地面火炬系统由火炬的内外设备组成,火炬的内部约若干平方米,内部有成排的燃烧器,所有的火炬管线埋在地面以下,以避免燃烧过程中的热辐射。围栏将燃烧器与外部辅助设备分隔开,考虑到空气流进,金属围栏的低部被架空,但仍可以通过在围栏的支撑结构上增加面板来屏蔽掉热量。1.1空气供应供应给燃烧器的空气主要来自于围栏上面,空气也可从高架围栏四周的底部进入,燃烧器的分级与间隔足以保证100%无烟燃烧所需的空气。1.2总废气的排放地面火炬燃烧器的设计原理与常规高架火炬的相同,但是,在正常操作中,除第1级燃烧器外其余的各级燃烧器并不使用,第1级燃烧器常开用来排放连续废气。由于大多数的燃烧器仅在紧急放空时偶而操作,所以该方法极大地延长燃烧器的寿命。1.3阀组进行维修燃烧室周围的地面建筑所受的辐射很小,在火炬运行过程中,可在阀组上进行维修工作。在燃烧过程中,金属围栏与支撑可能因被烤温度上升,采取热表面保护措施设置金属丝围栏,以免人员接近不允许进入的火炬区域。1.4噪声噪声距离辐射围栏1m处的任何一点的噪声(在周长上的或在两截面之间)在85dB(A)左右。1.5紧急燃烧时的完全燃烧燃烧气体的入口压力高,设计的分级阀随总管压力的上升而打开,安装防爆膜盘或其他类型的后备保险装置保证紧急释放时的放空,在所有级上安装的长明灯用于点燃第1与第2个燃烧器,临近的燃烧器可以通过第1与第2个燃烧器成排点燃。1.6火炬头检修只有入口阀及总管需常规检查与检修,而该部分位于底部围栏的外面,在火炬燃烧过程中,可以对其检修,其次燃烧室内的火炬头只在装置的开停车期间可以进行检修或检查。2中国火炬应用国内地面火炬的应用情况以深圳华安液化石油气有限公司和中国石化荆门炼油厂的地面火炬情况为例。2.1深圳华南液化石油气有限公司地面大火位于龙冈地区,罐区主要有T101和T102两个低温罐区,容积8万m2.2地面火炬筒和燃烧20万t/年润滑油加氢,占地18m×40m,紧急泄压最大排放量87500Nm该火炬是上海中船重工711研究所设计,地面火炬高39m,其中钢火炬筒高30m,直径9m,内衬陶纤维板厚400mm;混凝土座高9m,直径18m,内衬陶纤维。钢火炬筒内安装61个燃烧器,每个燃烧器有7个喷嘴,按120°分布三个长明灯。火炬分一级燃烧和二级燃烧系统,一级燃烧属正常排放,大约3000Nm3火炬的分级燃烧地面火炬系统由火炬的内外设备组成,火炬的内部有成排的高压燃烧器和低压燃烧器,所有的火炬管线埋在地面下以避免燃烧过程中的热辐射;围墙将燃烧器与外部辅助设备分隔开,考虑到空气的流进,金属围栏的底部被架空,但仍可以通过在围栏的支撑结构上增加面板来屏蔽掉热量。每个燃烧室的设计原理相同,每级燃烧器的操作通过压力来控制,利用紧闭切断蝶阀开/关来达到分级燃烧的目的,通过使用释压装置如防爆阀或防爆针以保证安全。每一级设有两个长明灯,点火系统与高架火炬相同,多个长明灯确保安全,不需要蒸汽和强制通风,即可达到100%燃烧。无论何时,如果火炬气的压力不足,可能需要少量的蒸汽。燃烧室周围安装垂直金属围栏,此吸热围栏将地面热辐射隔离在内,使其不向四周扩散,围栏外面的辐射热低于1.6kW/m3.1地面大火的主要部件地面火炬的主要部件包括:多点的火炬燃烧;长明灯、排放点火器和火焰检测器;支持结构和辅助设备;分液罐;液体密封;管道系统;辅助设备。3.2燃烧的稳定性和使用寿命多点火炬的火炬头火炬烧嘴的安全可靠性应从两个方面验证,即燃烧的稳定性和使用寿命。从国外的地面火炬的运用情况及我们考察的情况来看,燃烧器的使用效果较好,具有良好的稳定性,国外的燃烧器已经用于许多项目,一些燃烧器已经连续使用十多年。3.3提高混合率时利用机械动能来创造能耗在多点燃烧火炬系统中应正确设计火嘴系统,尤其重要的是从燃烧区获得足够的机械动能来提高混合率。往往通过使用废气压力或通过注入蒸汽来产生,可通过用体积之和乘以燃烧区的流体差来计算能级近似值。VDP相加值必须达到给定废气组分、火嘴设计、环境条件和其他常量的常数值,才能提供无烟燃烧。3.4流量设计火嘴设计必须保证能注入一定比例空气和燃烧气体流量,火嘴设计要保证流量发生巨大变化条件下废气的稳定性。火嘴的中心浴槽是火嘴的稳定点,它能够通过接受各种组分及其配合比例使燃烧稳定。3.5烧前燃烧废气流率控制自动分级燃烧控制系统的设计,烧嘴的调节可以通过烧嘴分段系统来控制,烧嘴分段系统能够按比例调节烧嘴必须燃烧的废气流率,不恰当的分段会造成冒烟烧嘴和阀门波动。采用数个逻辑控制器PLC,实现高效分级控制,运行时根据压力自动逐级打开燃烧器,以适应不同的排放流量。分段歧管为各分段阀门安装提供了一个分布总管,同时也是低流量液体收集管,而且是分段控制仪表接头的稳定点。3.6泄放旁路的在线烧圆由于分段系统在紧急状态下故障开的远程可能性,因此一个备用流路一直在线以防不测,这个备用流路是分段阀门的一个泄放旁路置换系统为每一根在线烧嘴排提供连续的氮气置换,氮气置换将保证烧嘴排和上升管内部的氧气值为0。3.7地面火炬的燃烧方式空气的供应是自然通风。空气的供应与燃烧废气的喷射速度有关,空气供应是从围墙上和下面的架空的地方自然通风进来的。应该说自然通风是地面火炬最好的送风方式。燃烧器与防辐射金属围栏之间相隔一定的距离以保证围栏顶部有足够的空气进入燃烧区域;每排燃烧器相距一定距离,并充分利用整个燃烧空间,以加强对空气的应用;向上直烧的方式增加热的对流和自然通风;特殊结构的金属围栏可保证地面火炬四周的自然通风;特殊结构的燃烧器利用废气压力促使空气与废气充分混合。可以看出空气的供应应该是稳定的,特别是在设计时还考虑了断电时有烟燃烧情况下可将备用空气送到系统中。3.8火炬墙体的安全防护围栏辐射控制:辐射围墙设计有两个功能,第1个功能是防止任何人员进入火炬围墙,第2个是减少围墙外部可见火焰和使辐射达到合格的水平,金属围栏将地面火炬的热量吸收从而不使其向外和四周扩散。3.9多长明灯依靠电击长明灯点火系统与高架火炬的设计相同,安全可靠,多个长明灯保障安全,入口压力高,长明灯可以抵御每小时100英里(约合44.7m/s)的风速而不被吹灭,其电打火可以在水中工作。3.10火炬辐射方程废气燃烧时,一部分产物以辐射热的形式辐射到周围的环境中,地面火炬设计重要条件是要考虑到热辐射。辐射热来自火炬燃烧的热辐射,包括水蒸气、二氧化碳和烟灰颗粒。国内应遵循的有关标准规范有:SH3009-2000《石油化工企业燃料气系统排放设计规范》,HG/T20570-95《火炬系统设置》。国外API标准:安全区域<1.58kW/m辐射强度是由下列条件决定的:火焰温度;火焰中的各种物质的浓度;火炬尺寸、形状以及火焰高度的位置;与火焰相关的目标物体的位置和方向;火焰和目标物体间空间的性质。辐射热的方程:K=τFQ/4ПDK——辐射,Btu/h-ftτ——大气传送系数;F——辐射系数;Q——热量释放,Btu/h;D——散热中心到物体的距离,ft。火炬燃烧时,有一部分热量形成辐射热,占燃烧热的10%—25%,火炬燃烧的排放气的轻组分不会产生大量辐射热,火炬燃烧效率高的火炬也不会产生大量的辐射热,因此辐射方程中温度和距离是一个重要的因素。使用此公式计算辐射热,确定火炬周围的设备最大事故辐射量。3.11高压燃烧的气体火炬的燃烧会伴着热量、气体、光和声音的能量的释放。大多数火炬都会产生声音。燃烧的声音来自3种机理:火炬的燃烧器与周围空气相混合的喷射气体;消烟媒介以及相关的混合;燃烧。因此设计时需要考虑火炬的多级喷嘴的噪声对周边的影响,最大无烟燃烧率的蒸气和空气辅助火炬燃烧器,气体喷射噪音较小,地面火炬的噪声在小排量时声音较小。3.12地面火炬的燃烧方式,是由金属竞争地面火炬设有一定的高度墙的防辐射金属围栏,将燃烧区域的热辐射封闭在内,不向周围扩散。地面火炬的燃烧喷嘴较小,均匀地使用整个燃烧空间,燃烧的火焰低于金属围栏的顶端,光线被圈在地面火炬的封闭区。正常在小量燃烧情况下,基本上看不到光,事故状态下大的排放时可以看见,主要是晚上燃烧时会形成大的光源。4地面火炬的安全性能多级多燃烧器的地面火炬从技术上讲是先进的,与传统的高架火炬一样,已开始成为石油化工生产装置排放废气及紧急排放事故的一种有效的途径和手段。4.1多级多燃烧器的地面火炬技术是可行的,国外已有大型地面火炬的应用,应对火炬围栏的高度、火炬燃烧的辐射热与相临装置的距离等进行计算,确保热