煤化工企业泄压排放系统管网及火炬系统的安全隐患分析

煤化工企业泄压排放系统管网及火炬系统的安全隐患分析

0煤化工行业的特点在煤矿生产技术中，焦化剂是第一个使用煤矿作为原料的过程。此后，以煤为原料，通过化学处理，将煤炭转化为气体、液体、固体和化工，并不断发展。经过几十年的努力，以煤气化为指导，以一氧化碳为基础，从事各种化工产品和燃料的精制和精制工作，使煤矿装置大规模发展。随着传统焦化剂产品的发展，从传统焦化剂产品中积累的现代焦化剂产品数量逐渐减少。由于技术和历史的原因,煤化工行业是介于煤炭和化工行业之间的既成熟又新兴的产业,针对煤化工行业的专门的国家或行业标准规范很少,因煤化工工程中煤的运输、储存、处理等应执行煤炭行业规范,后续加工过程与石油化工企业相同,应按照石油化工企业的国家或行业标准规范执行。但是以煤气化为龙头的煤化工合成、制取工艺,毕竟与石油天然气的炼制、合成、制取有一些区别,在设计时必须考虑煤化工的特点。煤化工企业在早期局限于煤制化肥,向着大型化发展是近十几年的事,一些标准和规范只能依照石油化工行业标准,如《石油化工企业设计防火规范》笔者在多年煤化工企业工作经验的基础上,就煤化工企业泄压排放和火炬系统涉及的排放管网监控系统和泄压自动控制系统设计,谈点个人观点和建议。1分液罐的作用泄压排放系统和火炬系统在大型石化企业相当成熟,尤其是近几年建成的大炼化、大乙烯项目,针对这类企业有相应的国家及行业标准根据文献一般装置内需设分液罐以减少火炬气总管中的凝液量,以防止大量液体进入火炬总管而影响火炬排放。分液罐的作用是去除火炬气中夹带的凝液和固体,当火炬设置和装置有一定距离时,火炬气在较长距离的输送过程中会产生凝结液,因而在火炬气进入火炬以前要设置分液罐,再次分离凝液,尤其是全厂公用火炬系统,以免液滴夹带到火炬头,造成下火雨。设计分液罐时应保证有足够的容积。排放低温物料时速度不能过快,排放速度过快易造成火炬管线冷淬,特别当火炬管线和分液罐有水时,可造成冻堵。2火炬总管布置的设计如前所述,大型化工企业出于安全运行和环境保护的要求必须设置泄压排放系统和火炬系统,且必须设置至少一根火炬总管和一个火炬,有的企业可能必须设置多根火炬总管和多个火炬。但是笔者对几家煤化工企业的现场调研和检索到的有关信息表明,完全能够按照上述石化行业要求,根据排放气介质状态分开设置火炬总管的几乎没有,现行的做法基本上是全厂设一根火炬总管,厂内各装置的排放气和泄压气直接接入火炬总管,在系统设置方面则是按照图1所示的典型火炬系统配置,在火炬总管末端的火炬下方设置分液罐分离气液,有的企业甚至不设置分液罐。这种设计存在的不足和安全隐患如下。a)煤化工企业是将原煤常压气化、加压气化或者制浆气化等工艺先制取粗煤气,原料煤的成分及气化工艺决定了粗煤气中含有水蒸气、煤尘、焦油、氨、二氧化硫、硫化氢、石脑油、酚等固态和液态杂质,这些固态和液态杂质在火炬气总管中会沉积、结晶。短时间没有问题,长时间会堵塞火炬气总管。b)粗煤气都要经过进一步净化处理,粗煤气的净化目前多用低温甲醇洗等物理法净化,也有用化学法净化,粗煤气净化要用到甲醇、液氨、醚类等其他化学产品,净化过程的正常废气排放、超压后泄压排放、事故排放等会有各种各样的介质混合在排放气中排入火炬,这些介质在长长的火炬总管中会凝结成液态,结晶成固态。c)煤化工企业各装置排放出的物料温度各异,紧急情况下不可避免会有高温、低温物料排出,低温物料的排出可能会导致火炬总管内凝结液结冰阻塞。凡此种种及其他不可预料的情况,都会使火炬总管系统冷淬、堵塞、超压,造成严重后果。火炬管线的安装,除要求支管、总管都有一定的坡度外,还对管道的节点有一定的要求,即各支管与总管的连接采用上接、斜接或平接,且支管与总管连接时尽量避免丁字连接或对接,采用支管与总管中心线成30°～45°角斜插进,如图2所示。以利于避免各装置排出火炬气把冷凝液带入总管,减少接管处局部阻力使在各种工况排放时管网水力工况平衡,降低高速气流进入总管时的冲击力并调整节点处水力工况。据笔者调研,目前还没采取如此设计和配管,各支管与总管的连接多采用对接,采用下接的也有,采用丁字连接的很普遍。鉴于上述原因,几年来国内已经有因火炬总管堵塞而发生爆炸事故的报道,典型的案例是,爆炸后检查发现3火炬系统的预处理流程为增强火炬系统的安全性,乙烯装置设计要求装置内设置湿火炬罐、干火炬罐和液体蒸发器,在火炬气出界区前先在湿火炬罐、干火炬罐内分离掉夹带的直径较大的液滴。除了分液、排液,还有用其他的火炬气处理工艺,如中石化集团南京设计院的马炯、李蒙等发明一种“羰基化合成装置排入火炬系统的含碘甲烷的可燃气体的处理方法”煤化工企业的产品和加工过程有很多自己的特点,排放气中成分相对来说不是很复杂,所以是否需要多根火炬总管和多个火炬还需要论证,但在只设置一根火炬总管和一个火炬的情况下,为了提高安全性和可靠性,可以考虑参照标准在各装置火炬气排入火炬总管前,先经过相应的预处理装置进行处理,如图3所示。按照图3设计泄压排放系统管网,根据各装置工艺特点和泄压排放气气体特性,在装置区泄压排放口就近进行除尘、气液分离、升降温处理,将泄压排放气中易沉淀、结晶、冻堵、发生其他化合反应的介质进行分离和处理,再排入火炬总管。从煤化工行业特点看,泄压排放气体大致可分:干燥洁净排放气体;干燥但含尘气体;含尘湿气体;高低温气体。对干燥洁净排放气体,无需任何处理可直接排入火炬总管,对其他气体,则需做相应的预处理。图3只给出了大致流程,具体的处理流程要根据具体装置排放气情况设计。比如对于煤化工醋酸装置,处理醋酸装置区的排放气可以用图2的方案。对于煤气化装置的粗煤气,排放气主要成分是煤气,但根据气化炉特点可能会同时含有大量其他杂质。正常生产流程对粗煤气的处理一般包含有洗涤除尘、汽水分离、脱硫等。但泄压排放气都是直接排入火炬气总管,在长距离泄压排放管道输送过程中,会随着温度的降低变成较大的液滴直至产生气液固多相流,尤其是管道的弯头、管道内有其他节流件的地方,煤尘、焦油、硫化物等会逐渐沉积阻塞管道。为保证火炬气总管不被堵塞,可以考虑在泄压排放口设置简单的处理装置,如旋风分离器,对粗煤气排放气降温除尘排液,如图4所示。泄压排放系统排放出的粗煤气经过水冷进入旋风分离器分离煤尘、水分等,变成相对常温和较干净的气体再排入火炬总管,也可以回收到其他装置利用,如锅炉燃烧。水冷器可以使排放中的水蒸气冷凝成大的液滴,在后级分离器中有效分离。根据具体装置泄压排放气体的物理化学状态,可以设计具体的物理或化学处理装置对泄压排放气进行简单的处理,使各装置排放到火炬总管的气体相对干燥、无尘、无凝液、无易结晶物、接近常温。4尽快规范煤化工行业相关规范当前国内煤化工企业越建越多,企业规模越来越大,产业链条越来越长,煤化工已经成为国内国民经济战略规划的支柱产业,但一些国家标准还是空白或者不明确。新建煤化工企业的业主前身各异,大多是煤炭行业,决策层对石化行业都不是很了解。所以一些企业在实际生产实践中是边实践边摸索,据悉有家企