地面火炬與高架火炬的比較

地面火炬與高架火炬的比較

近年來，隨著國外生產(chǎn)工藝的引進(jìn)，石化企業(yè)的整體布局呈現(xiàn)出大型化和一體化的趨勢。作為事故釋放系統(tǒng)不可或缺的一部分，火炬系統(tǒng)也發(fā)生了很大變化，從最初的高火到今天的地面火再到今天。其中地面火炬由于維護(hù)方便,安全、環(huán)保性較好,在國外已得到廣泛運(yùn)用。火炬按照燃燒器離地面高低可分為地面火炬和高架火炬。本文通過工程實(shí)例,從適應(yīng)性、安全可靠性、環(huán)保、投資與維修等方面對火炬的選擇進(jìn)行詳細(xì)的分析比較。1地面燃燒和高火1.1時代環(huán)境的多樣性地面火炬由地面燃燒爐、地面燃燒爐支柱、地面燃燒器、防風(fēng)消音墻、分級燃燒系統(tǒng)以及長明燈自動點(diǎn)火裝置、安全措施、控制系統(tǒng)、放空氣系統(tǒng)所組成?；鹁鏆獾娜紵窃趫A柱形地面燃燒爐的本體內(nèi)完成。燃燒過程封閉,外界看不見火光,沒有光污染,低熱輻射。圓柱形地面燃燒爐內(nèi)設(shè)有一定數(shù)量的、特殊結(jié)構(gòu)的地面燃燒器。地面燃燒器采用梅花形多孔結(jié)構(gòu),可將大股火炬氣分成許多小股,以利其和空氣的混合,增加與空氣的接觸面積,達(dá)到無煙燃燒。空氣與火炬氣的混合主要是依靠火炬氣自身的壓力和特殊設(shè)計的燃燒器完成。梅花形多孔燃燒器在圓柱形地面燃燒爐內(nèi)呈幾何均勻布置,以充分利用空氣。為適應(yīng)不同工況和火炬氣流量變化的要求,地面火炬設(shè)施采用分級燃燒、自動分級控制。即根據(jù)排放量大小、事故排放等不同情況將地面燃燒器分成若干組而形成多級燃燒系統(tǒng)。每級燃燒系統(tǒng)通過火炬氣的壓力來控制,利用緊閉切斷蝶閥的開關(guān)來達(dá)到分級燃燒的目的,通過使用防爆膜旁路以確保安全。在多級燃燒系統(tǒng)中,只有第一級燃燒系統(tǒng)常開,當(dāng)火炬氣壓力足夠大從而可以保證地面燃燒器的熱負(fù)荷,獲得很好的消煙效果時,后續(xù)幾級地面燃燒器才會自動逐級打開,以適應(yīng)不同的排放流量。地面火炬處理量比高架火炬小,不能燃燒有毒氣體。1.2高空自動點(diǎn)火高架火炬由自控系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、鋼結(jié)構(gòu)支撐以及一個直立上升管道組成?；鹧孢h(yuǎn)離地面,在頂端遠(yuǎn)程自動點(diǎn)火燃燒。高空燃燒塔可調(diào)整其高度,從最低5m到最高200m?；鹁骖^部配有長明燈,長明燈經(jīng)點(diǎn)火器點(diǎn)燃后將一直燃燒,當(dāng)排放氣到達(dá)火炬頭部時,立即被長明燈點(diǎn)燃?；鹁骖^安裝在火炬塔頂端,這樣能減少對環(huán)境的輻射和減少毒性擴(kuò)散范圍。三種常見的火炬塔支撐方式如下。1.2.1熱輻射安全問題在基自支撐式火炬塔雖是最常見的,然而價格卻是最貴的,因?yàn)樵诟鞣N預(yù)期的條件(風(fēng)、地震以及諸如此類)下,需要大量的材料保證結(jié)構(gòu)的完整性,需要足夠大的區(qū)域用于基礎(chǔ)設(shè)施和滿足地面熱輻射安全高度,一般限制(經(jīng)濟(jì)地對比選擇)火炬塔高在60.96m~92.04m之間。其結(jié)構(gòu)見圖1(a)。1.2.2兩種火炬裝置的半徑這種方式最便宜但要求的區(qū)域最大,這是由于繃?yán)K的半徑所要求的。典型的繃?yán)K半徑等于火炬臂總高的一半。已經(jīng)使用的繃?yán)K支撐式火炬塔的高度在187.08m~245.44m之間。其結(jié)構(gòu)見圖1(b)。1.2.3塔架支撐僅僅用于較大火炬塔且自支撐式無法實(shí)現(xiàn),或可使用的區(qū)域排除了使用繃?yán)K設(shè)計的可能。其結(jié)構(gòu)見圖1(c)。2項(xiàng)目的適應(yīng)性2.1火炬氣組成中丙烷、甲烷和乙烷的乙烷本項(xiàng)目火炬氣最大排放量為高壓8.2t/h,低壓12t/h,火炬氣組成為丙烷。由于考慮到為二期LNG工程預(yù)留,因此本項(xiàng)目選擇的火炬最大排放量為40.2t/h,火炬氣組成為丙烷、甲烷和少量的乙烷。由于本項(xiàng)目火炬氣排放量較小且無毒,從火炬氣排放條件來看,地面火炬和高架火炬都能滿足本項(xiàng)目的要求。2.2設(shè)備配置要求該工程主要有2個43000m2.3閉式地面火炬的設(shè)置石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范(GB50160-2008)中提到:封閉式地面火炬的設(shè)置按明火設(shè)備考慮。高架火炬的防火間距應(yīng)根據(jù)人或設(shè)備允許的輻射熱強(qiáng)度計算確定,對可能攜帶可燃液體的高架火炬的防火距離不應(yīng)小于表4.2.12的規(guī)定該項(xiàng)目火炬設(shè)置地點(diǎn)與容積為43542m3火炬東北部地面火炬的缺點(diǎn)是開啟過早會產(chǎn)生回火現(xiàn)象,開啟過晚會造成憋壓。當(dāng)火炬非正常工作時,有潛在蒸氣云聚集的危險。因此地面火炬系統(tǒng)通常包括特殊的安全監(jiān)控、保護(hù)系統(tǒng)以及防回火措施。3.1空氣回流排放地面火炬各放空系統(tǒng)的一級燃燒系統(tǒng)管線上均設(shè)有阻火器,保證設(shè)施安全。排放氣管道上設(shè)有氮?dú)獯祾呖?以維持排放管道的微正壓,防止空氣倒流產(chǎn)生回火事故。嚴(yán)格控制每一級放空氣管路開啟時間和速度。在每個放空系統(tǒng)上均設(shè)置兩只壓力變送器,其讀數(shù)精度不同,可保證每一級都能得到準(zhǔn)確的反饋信號,從而保證每一級都能在適當(dāng)?shù)那闆r下打開并正常放空。同時雙重信號檢測也為安全生產(chǎn)提供了可靠的保證。3.2長明燈和長明燈節(jié)能能力好,容易抵御逐步氣候影響地面火炬內(nèi)設(shè)置三套高效節(jié)能型長明燈。長明燈采用引射技術(shù),不但燃料耗量小,而且燃燒充分,火焰剛性好,不受惡劣氣候影響,能抵御十二級大風(fēng)及暴風(fēng)雨雪,保證長明燈的運(yùn)行可靠及良好的節(jié)能效果。長明燈點(diǎn)火采用自動點(diǎn)火與內(nèi)傳焰點(diǎn)火兩種方式,以確保燃燒塔點(diǎn)火系統(tǒng)的絕對可靠。3.3監(jiān)控和保護(hù)區(qū)系統(tǒng)3.3.1長明燈火焰狀態(tài)地面火炬系統(tǒng)設(shè)置三套長明燈,長明燈保持常燃狀態(tài)。每臺長明燈火焰狀態(tài)采用熱電偶探測。當(dāng)長明燈熄滅時,啟動自動點(diǎn)火裝置將長明燈重新點(diǎn)燃,若自動點(diǎn)火失敗,則發(fā)出報警信號。3.3.2長明燈燃料壓力監(jiān)控系統(tǒng)鑒于長明燈的重要性,長明燈燃料氣管線上設(shè)有低壓報警系統(tǒng),當(dāng)長明燈燃料氣壓力過低時,發(fā)出警報,以確保長明燈燃料氣供給正常。3.3.3地面火炬的安全氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)設(shè)有低壓報警系統(tǒng),當(dāng)?shù)獨(dú)鈮毫^低時,發(fā)出報警,確保氮?dú)夤?yīng)正常。地面火炬通過采用上述一系列安全措施后與高架火炬一樣安全。從安全性考慮,地面火炬與高架火炬都能滿足本項(xiàng)目要求。4環(huán)保分析與比較4.1注入蒸汽、強(qiáng)制鼓風(fēng)高架火炬由于火炬氣出口速度較快,其燃燒所產(chǎn)生的噪音是無法避免的。同時為改善燃燒狀況、減少黑煙產(chǎn)生,需在火炬頭處注入蒸汽或強(qiáng)制鼓風(fēng),這又進(jìn)一步使火炬的噪音增大。尤其在生產(chǎn)裝置大量排放或事故排放時,地面噪音高達(dá)90dB以上,并且噪音很難消除。地面火炬燃燒爐具有很好的吸音特性,能大幅度降低火炬的燃燒噪音,爐膛的吸音墻以及防熱輻射隔離墻有助于減低噪音,防止?fàn)t膛不生脈震,操作時實(shí)現(xiàn)無煙、低噪音。防熱輻射消音墻外噪音小于75dB。4.2地面火炬燃燒爐熱輻射高架火炬在放空燃燒時,火炬頭處所產(chǎn)生巨大火焰造成的熱輻射對高架火炬附近的工作人員及設(shè)備有很大的影響。有時還會夾雜滾滾濃煙,會使人產(chǎn)生極大的恐慌感。地面火炬燃燒爐是一座封閉式設(shè)備,火焰完全封閉,外界看不見火光,沒有光污染。圓柱形地面燃燒爐的外殼用碳鋼制成,內(nèi)襯耐熱搗打澆筑襯里,可持續(xù)使用在1200℃的環(huán)境中并具有很好的熱穩(wěn)定性和很低的高溫導(dǎo)熱系數(shù),不受筒體內(nèi)部溫度急速變化的影響,保證較低的外表溫度(小于80℃),使火焰熱輻射全部封閉在燃燒塔里。爐膛內(nèi)的防熱輻射隔離墻使外熱輻射強(qiáng)度小于1.58kW/m4.3地面火炬為花鏡花鏡下小孔結(jié)構(gòu)地面燃料,一般可建立在火炬高架火炬無法保證將大量的廢氣燃燒而形成黑煙,特別是在事故排放時更加嚴(yán)重,對環(huán)境大氣產(chǎn)生嚴(yán)重污染;高架火炬比較適合某一特定的工況,不能適應(yīng)較大的負(fù)荷范圍。在正常排放量時高架火炬可滿足處理的要求,但在處理小排量廢氣時,高架火炬也無法保證其能夠正常燃燒。地面火炬采用梅花形多孔結(jié)構(gòu)地面燃燒器,可將大股火炬氣分成許多小股,以利其和空氣的混合,增加和空氣的接觸面積,達(dá)到無煙燃燒。自動控制的分級燃燒系統(tǒng)可以提高地面燃燒爐對排放量變化的適應(yīng)性,保證當(dāng)排放氣流量較小時也能獲得很好的無煙燃燒效果。5地面火炬的運(yùn)行費(fèi)用較高地面火炬由于有防回火等安全措施系統(tǒng),價格比高架火炬貴40%左右。高架火炬在正常運(yùn)行時,為保證火炬氣的正常燃燒和完全分解,常常使用注入蒸汽或強(qiáng)制鼓風(fēng)等手段,需要消耗大量的蒸汽或電力,運(yùn)行費(fèi)用較高。地面火炬實(shí)現(xiàn)無煙燃燒,節(jié)省公用工程費(fèi)用,運(yùn)行費(fèi)用較低。高架火炬高處的火炬頭及長明燈的維護(hù)極為不便。地面火炬的所有燃燒器設(shè)備以及其它電氣儀表設(shè)備均安裝在地面,維護(hù)方便。6火炬比高架火炬好,地面火炬較好綜上所述,從火炬排放氣條件、設(shè)備布置占地面積和安全可靠性來看,地面火炬和高架火炬