火炬系统的安全排放

火炬系统的安全排放

该火炬系统确保在生产过程中及时、安全、可靠地释放和燃烧剩余的燃料。但当大量排放时造成燃烧不充分,浓烟滚滚,对环境造成污染。同时为了保证火炬系统安全运行,常明灯一直燃烧,每年耗资巨大。另外生产装置正常运行时,有一定量工艺气体稳定地从火炬系统排放掉,这样既污染环境,又有大量可利用燃气白白被烧掉,浪费资源。1可靠性系统的结构特征和改进方法1.1蒸汽分配系统(1)火炬头是整个火炬设施中最关键的设备,火炬头应采用大气扩散燃烧和预混燃烧相结合的方式(即无烟型)。无烟燃烧的原理是通过引入蒸汽,在局部缺氧造成碳析时,由于高温下水蒸气存在可促使其发生水煤气反应,从而消除碳析达到无烟燃烧。蒸汽分二处引入火炬头,第一处是从火炬头顶部四周喷入,一方面卷吸助燃空气进入火焰加快扩散燃烧,另一方面起到消烟、冷却火炬头部的作用。第二处是从火炬的中心管喷出,与排入气均匀混合,起到消烟作用,见图1。二路蒸汽可在控制室内显示总流量,并能根据排放气的流量大小自动调节蒸汽量,以达到减排及消烟目的。(2)火炬头的主要故障为烧毁或脱火,为此采取了下列措施来保证火炬头的燃烧可靠性、使用寿命和较低的燃烧噪音。(1)火炬头的上部材料采用镍基耐热合金(ANSI310)来保证高温强度和耐腐蚀性能。(2)限制火炬头出口气体的流动最大马赫数,同时设有火焰稳定器,确保在设计范围内不发生脱火。(3)顶部蒸汽喷嘴设计成多孔喷嘴,各孔具有不同孔径和角度,以控制蒸汽射入深度,减小噪音。1.2火炬头的工作原理动态密封器的主要功能是保证在排放燃烧过程中阻止空气倒流进入到火炬筒体内,防止烧坏火炬头或发生事故。工作原理是采用独特的松果型结构(引进国外技术),产生不同的速度梯度,即可达到阻止空气倒流至火炬筒体内的目的。采用三维流动程序计算并优化流通,使流阻尽可能小。材质全部采用耐高温合金钢,大大延长了其使用寿命。1.3防止爆燃事故发生根据需要设置分子密封器,时刻通入氮气,维持分子密封器上部的正压,防止外界空气在火炬正常生产时或停用状态下进入火炬系统,从而使火炬系统与外界有效隔离,防止爆燃事故发生。分子密封器一般设置在火炬头底部,两端连接法兰与火炬头和火炬筒体分别相连。1.4点火质量及点火系统为确保生产过程的安全,要求一旦出现排放就能及时点燃火炬,因此在火炬燃烧器头部均设有长明灯组件(见图1)。目前大部分火炬设施上长明灯的燃气耗量均很大,可达到每年146~627万MJ的热量损失,造成极大的能源浪费和环境污染。(1)长明灯原理是采用燃料气引射周围的空气,使长明灯的燃烧状态处于预混燃烧状态,且在较宽范围内预混效果良好。长明灯头部装有保护罩维持火焰,以确保长明灯的运行可靠性。长明灯的火焰刚度好,燃烧稳定,抗恶劣环境能力强。(2)点火枪为高能半导体电嘴,运用半导体表面放电机理研制而成。具有起始发火电压低、火花能量大、自净能力强、抗污染、抗结焦等优点。点火枪一般经由专用套管直接插入长明灯头部,只要长明灯内有可燃混合气体喷出,均能立即点燃,因而点火十分安全可靠,使用寿命长。(3)长明灯头部保护罩上方还安装有热电偶火焰检测装置,采用耐高温铠装热电偶,使用寿命长,维修方便。可随时检测长明灯点燃状态,热电偶的温度信号通过温度变送器远传到点火控制柜,作为点火的反馈信号和判断火炬头状态的依据。(4)长明灯主体和保护罩采用耐高温镍基合金,耐高温,耐氧化腐蚀性能良好。常明灯采用整体结构,维修更换方便。(5)长明灯配火炬自动点火后,能实现正常生产无排放不点燃长明灯。一旦生产出现异常有可燃气排放时能及时自动点燃长明灯,以保证点燃火炬。1.5爆燃式点火系统r根据特种场合需要以及用户要求,可另外配置一套地面爆燃式火炬点火系统。烽焰发生装置放置在地面(见图2),通过爆燃管(见图1),分别与两组长明灯在火炬头部汇合。地面爆燃式点火系统作为长明灯点火系统的备用装置,当长明灯点火系统失灵时,通过在地面操作烽焰发生装置,达到点燃长明灯进而点燃火炬头的目的。用户需要为烽焰发生装置配置爆燃点火用压缩空气以及燃料气体。还应根据长明灯的组数配置相应的爆燃管。1.6点火控制装置自动点火系统由点火触发信号发生源,点火控制柜(内含进口PLC),火炬头顶部直接点火式高能点火装置,燃料气供应管路阀组,长明灯组件和热电偶6部分构成。点火触发信号分别来自设置在放空工艺管道上的压力开关(或压差开关)和流量计。当放空工艺管道内放空气体压力或流量到达设定值时,压力开关和流量计将信号送至点火控制柜,点火控制柜接受到两者任意一个信号时开始执行点火程序。长明灯燃料气电磁阀控制通向长明灯的燃料气的通或断。高能点火器设置在火炬塔架顶部平台上,通过专用高压屏蔽耐火电缆将点火高压电引至安装在长明灯上的点火枪。点火控制柜执行点火程序时通过控制装置打开长明灯燃料气电磁阀后,再启动高能点火装置点燃长明灯,然后通过长明灯点燃自火炬头排出的放空气体。确认火炬头点燃后,点火控制柜程序设定自动切断长明灯燃料气电磁阀。人工控制消烟蒸汽的气路通断,可以通过集控室控制蒸汽电磁阀的开关。点火控制柜具有以下功能:(1)自动巡检点火触发信号。(2)自动判断长明灯点火是否成功,如遇点火故障则发出报警信号。(3)自动判断放空气体是否被点燃,放空气体点燃后自动切断长明灯气源。(4)自动判断排放是否结束。1.7温度合适的检修平台采用整体塔架式结构,安全可靠性高,美观耐用。火炬头底部设置360°操作平台,根据需要在火炬不同位置设置若干个90°休息和检修平台,由安全爬梯与地面相连。火炬底部设有检修口和排污口。火炬管系除了有火炬排放气体主立管外,还应有消烟蒸汽管、长明灯燃料气管、爆燃管、密封气体氮气管、排污管、电缆套管等,这些管路由地面一直接通至火炬头,见图3。2火炬头作热控制器利用先进的燃烧工程技术,开发了成套的无烟燃烧火炬系统,具有如下特点:(1)采用蒸汽引射技术,使燃烧更完全、稳定。(2)采用蒸汽消烟技术,实现无烟燃烧、排放,并降低噪音。(3)火炬头部采用镍基高温合金,使用寿命长。(4)采用流体分析软件对火炬头动态密封器进行性能优化设计,确保在火炬系统处于工作状态时,流动阻力最小。(5)设置火炬排放管道阻火器或水封罐,确保火炬设施与生产装置的有效隔离(6)采用自动点火系统,熄灭长明灯,满足节能要求,操作简单方便,自动化程度高。选配附加地面点火系统,保证点火可靠。(7)采用先进的监控技术,实现火炬系统的有效监视和控制。(8)采用柔性塔架设计、制造技术,降低火炬塔架的建造成本。(9)采用节能型常明灯,燃烧气耗量小,并设有监测、报警装置。(10)采用集成人机界面管理形式。3基于火炬系统的基础计算和性能改进火炬系统的基础计算对火炬系统的整体设计起主导作用。火炬高度、火炬热辐射、火炬噪声等计算和确认对生产安全及环境的保护构成直接影响。3.1风速引起的火焰式中:r式中,H式中,ρ火焰长度、最大释放热量查能量图及软件计算可得,最大火焰长度为38m,计算由风速引起的火焰变形(见图4)。查风流图得,ΣX=19m,ΣY=27m地面允许辐射强度K=1.58kW/m辐射分数F=0.3火炬最小允许高度:最终火炬塔高度定为60m。3.2计算和分布名字的火炬辐射已知火炬最大释放热量为3.0×10据公式D=(τFQ/4πk)K=τFQ/4πD3.3气体密度及周边分布距离式中:L按以上公式即可计算出各种状态下的噪声强度。噪声强度按放空负荷100%计算。已知:火炬最大排放量为231757kg/h,气体平均相对分子质量为19.5529,操作条件下气体温度为254+273=527K,气体绝热指数取一数值。R为气体常数。把以上数据代入公式可得各分布距离的噪声值(也可