開放式地面火炬安全燃燒技術(shù)

開放式地面火炬安全燃燒技術(shù)

在石油和化工行業(yè)發(fā)展是當(dāng)前新工業(yè)化的必要手段。它在土地集約、資源共享、工業(yè)合作和環(huán)境保護(hù)方面具有不可低估的優(yōu)勢。而作為試生產(chǎn)及緊急事故泄放系統(tǒng)必不可少的火炬系統(tǒng),也隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步不斷地改善著其燃燒的方式,力求做到完全燃燒的同時無光污染、無噪聲污染、無地下水污染,同時緩解土地供應(yīng)日益緊張的局面。于是封閉式地面火炬應(yīng)運(yùn)而生,其安全防護(hù)距離也隨之產(chǎn)生1岸廳的傳統(tǒng)過程和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.1地面燃燒系統(tǒng)帶壓火炬氣首先經(jīng)分液罐、水封罐后進(jìn)入排放氣集氣總管,為適應(yīng)不同工況和排放氣流量變化的要求,采用分級控制、分級燃燒。即根據(jù)正常排放、事故排放等不同情況分成N級燃燒系統(tǒng),每級燃燒系統(tǒng)管線上設(shè)置有級燃燒系統(tǒng)管線上分別設(shè)有氣動切斷閥。當(dāng)排放氣量增大或事故狀態(tài)下第1至第N級管線上氣動切斷閥相繼開啟,各級燃燒系統(tǒng)上的地面燃燒器相繼投入工作,同時設(shè)置爆破片作為氣動切斷閥的旁路以確保系統(tǒng)的可靠燃燒;氣動切斷閥的啟閉信號來自于閥前集氣總管上的壓力信號,其中前幾級的控制采用比例微分控制以減少相應(yīng)的滯后(圖1)。1.2主要結(jié)構(gòu)和燃燒特點(diǎn)1.2.1液體罐和水密封罐分液罐是開放式地面火炬成功安全燃燒的前置條件,按有關(guān)國際和國內(nèi)規(guī)范1.2.2金屬圍欄。據(jù)2,將燃燒一個空氣的證據(jù)分為3個基本思想,2金屬圍欄在開放式地面火炬中起到了兩方面的作用。其一:防止地面火炬輻射熱的低空輻射。其二:為火炬氣的充分燃燒提供空氣。其三:削弱噪聲。因此金屬圍欄的設(shè)計為非透明型的,風(fēng)載荷符合當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件,地震負(fù)荷符合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件。圍欄底部被架空,以提供燃燒時提供足夠的空氣。同時可以通過在圍欄的支撐結(jié)構(gòu)上增加面板來屏蔽熱輻射。圍欄高度按火焰高度進(jìn)行設(shè)計,充分考慮最大排量時中間區(qū)域因供氧不足而引起的火焰高度。1.2.3空氣與空氣混合燃燒按最大燃燒量設(shè)計的很多個多孔地面燃燒器成排排列,與其周圍的防輻射金屬圍欄共同組成火炬燃燒區(qū)域,大股的火炬排放氣通過很多只地面燃燒器而分成許多小股,以利于排放氣與空氣混合,增加與空氣接觸面積,空氣與排放氣的混合主要是依靠排放氣自身的壓力和特殊結(jié)構(gòu)的地面燃燒器來完成,在設(shè)計合理、維護(hù)保養(yǎng)可靠的條件下可保證100%無煙燃燒。同時因為在地面燃燒,則無高架火炬所存在光污染與火雨。在排放器壓力不足時,系統(tǒng)需要使用少量蒸汽,一般會在前幾級燃燒器中設(shè)計采用蒸汽助燃消煙,而其余燃燒器無需蒸汽。整個開放式地面火炬基本不用蒸汽,因此在噪聲污染上有別于高架火炬帶來的聲污染。1.2.4點(diǎn)火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計長明燈保持常燃,以便任何時刻有排放氣排放都能立即點(diǎn)燃,以確保系統(tǒng)燃燒安全。燈型設(shè)計可保證在惡劣環(huán)境下能夠可靠點(diǎn)火,火焰可抵御12級大風(fēng)及暴風(fēng)雨雪。點(diǎn)火系統(tǒng)具有火焰檢測和自動點(diǎn)火功能。電點(diǎn)火器可以實現(xiàn)自動、遙控、現(xiàn)場手動3種點(diǎn)火方式。2開放式地面防護(hù)距離的確定開放式地面火炬(圖2)在國內(nèi)還處在起步階段,科學(xué)、合理確定防護(hù)距離,既可以有效減輕事故的危害,也可充分利用有限的土地資源。石化項目防護(hù)距離主要依據(jù)衛(wèi)生防護(hù)距離和安全防護(hù)距離確定。衛(wèi)生防護(hù)距離是指在正常生產(chǎn)條件下,無組織排放的有害氣體從車間或單元的邊界擴(kuò)散至居住區(qū)邊界后,達(dá)到限制濃度所需的最小距離;安全防護(hù)距離主要是指在發(fā)生火災(zāi)、爆炸、泄露事故時,防止和減少對人員傷亡、中毒、鄰近裝置和財產(chǎn)破壞所需的最小距離;因此開放式地面防護(hù)距離確定的基本原則主要是:1.熱輻射的作用2.噪聲的危害3.完全燃燒后的排放濃度4.節(jié)約用地。其中熱輻射作用是其中最關(guān)鍵的因素。2.1燃燒及熱設(shè)計api-rp521燃燒產(chǎn)生的熱輻射會對人和設(shè)備造成損害,更甚的可能會使周邊設(shè)施泄漏出來的燃燒源達(dá)到一定的爆炸能量。而此程度取決于熱輻射強(qiáng)度,熱輻射的不同強(qiáng)度可造成的損害如表1所示。根據(jù)國家規(guī)定對于地面火炬,以火焰的燃燒性質(zhì)作為設(shè)計主要考慮的內(nèi)容,在API-RP521式中:D—火焰中心點(diǎn)到目標(biāo)物體的最小距離,m;τ—傳送的熱輻射因數(shù);F—接受的熱輻射因數(shù);Q—熱排放(低熱值),kW;K—允許的輻射值,kW/m同時API也強(qiáng)調(diào)必須結(jié)合實際的模擬計算,現(xiàn)在國外已有相應(yīng)的軟件對此進(jìn)行模擬計算。以寧波禾元化學(xué)有限公司180萬t甲醇制烯烴為例,開放式地面火炬最大排放處理量為1066t/h,設(shè)計防輻射墻高度為15m,模擬計算得0m層、15m層及垂直面的熱輻射圖(因業(yè)主單位及設(shè)計單位要求這些圖保密暫不提供)。從模擬計算圖來看,在15m層以下,防輻射墻外的輻射熱低于國家規(guī)定的1.58kW/m2.2蒸汽對火炬的噪聲影響火炬燃燒產(chǎn)生的噪聲主要來源于火炬的燃燒器與周圍空氣相混合的噴射氣體、消煙媒介以及相關(guān)的混合、燃燒。高架火炬為改善燃燒狀況、減少黑煙產(chǎn)生,會在火炬頭處注入蒸汽或強(qiáng)制鼓風(fēng),從而大大增加了火炬的噪音,在其最大量排放時方圓幾千米似乎置身于飛機(jī)場之中。地面火炬系統(tǒng)的排放在設(shè)計上可以實現(xiàn)分級控制。在排放壓力不足時,系統(tǒng)需要使用少量蒸汽,一般只在前幾級燃燒器中設(shè)計采用蒸汽助燃消煙,而其余燃燒器無需蒸汽。因此其噪聲將大大低于高架火炬,以寧波禾元化學(xué)地面火炬為例,對其噪聲進(jìn)行了計算分布圖(因業(yè)主單位及設(shè)計單位要求該圖需要保密)。由模擬圖得0m層距防輻射墻約10m外,其噪聲低于85db2.3開放式地面火炬主要采用乙烯和天然氣的領(lǐng)域燃燒后的有害氣體濃度是開放式地面火炬在設(shè)計中必須考慮的問題,因此目前開放式地面火炬基本上都用乙烯和天然氣的領(lǐng)域。寧波禾元化學(xué)有限公司180萬t甲醇制烯烴去火炬處理組份主要為乙烯、丙烯、甲醇?xì)?、丙烷?這些物質(zhì)在其完全燃燒后的組份為CO2.3.1提高混合率,確保長明燈供給抵御外界的不確定因素,比如臺風(fēng)、暴雨、大雪,保證流量發(fā)生巨大變化條件下廢氣的穩(wěn)定性。(1)正確設(shè)計火嘴系統(tǒng)。尤其重要的是從燃燒區(qū)獲得足夠的機(jī)械動能來提高混合率;(2)可靠的多個長明燈設(shè)置。入口壓力高,長明燈明采用了引射技術(shù)火焰,可抵御12級大風(fēng)及暴風(fēng)雨雪;(3)火嘴離地面有較大的高度差,同時整個燃燒區(qū)設(shè)置良好的排水系統(tǒng),以確保暴雨時不受淹;(4)穩(wěn)定可靠的自動檢測、控制、聯(lián)鎖系統(tǒng);(5)多種點(diǎn)火方式,同時還設(shè)計有備用點(diǎn)火系統(tǒng)。2.3.2地面火炬的環(huán)保性能(1)燃燒器與防輻射金屬圍欄之間相隔一定的距離以保證圍欄頂部有足夠的空氣進(jìn)入燃燒區(qū)域;(2)每排燃燒器相距一定距離;(3)向上直燒的方式增加熱的對流和自然通風(fēng);(4)燃燒器利用廢氣壓力促使空氣與廢氣充分混合;(5)架空的金屬圍欄可保證地面火炬四周的自然通風(fēng);(6)考慮斷電時有煙燃燒情況下可將備用空氣送到系統(tǒng)中。2.3.3燃燒壓力和流量控制多級燃燒控制系統(tǒng)以減少火炬系統(tǒng)的瞬時排放量,使得排放燃?xì)獾膲毫土髁靠刂圃谌紵鞯淖罴沿?fù)荷范圍內(nèi);設(shè)置爆破片作為氣動切斷閥的旁路以確保系統(tǒng)的可靠燃燒。3火炬氣調(diào)與電視監(jiān)測(1)根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗開放式地面火炬的應(yīng)用是可行的