煤化工火炬系統(tǒng)的確定

煤化工火炬系統(tǒng)的確定

0煤化工火炬的復(fù)雜性隨著垃圾焚燒行業(yè)的快速發(fā)展，焚燒裝置的規(guī)范化和復(fù)雜性以及煤礦生產(chǎn)裝置的復(fù)雜性，將焚燒裝置與其他油氣公司相比具有處理量大、燃料消耗復(fù)雜等特點(diǎn)。大型煤化工火炬系統(tǒng)的確定及煤化工火炬運(yùn)行過程之中實(shí)踐問題的探討解決顯得尤為重要。1煤制烯烴的生產(chǎn)裝置煤化工(以煤制烯烴為例)火炬涉及到的上游裝置多而復(fù)雜,如氣化裝置、變換裝置、甲醇裝置、凈化裝置、MTO裝置、PP裝置、PE裝置以及硫回收裝置等。以180萬噸煤制甲醇轉(zhuǎn)60萬噸烯烴的煤化工生產(chǎn)裝置為例。上游各裝置的排放氣體組份涉及到H1.1排放氣的工藝設(shè)置,主要影響可燃性氣體的排放系統(tǒng)由于煤化工工藝系統(tǒng)流程較長,煤化工工廠大多需要經(jīng)過煤氣化、變換、凈化、甲醇、甲醇制烯烴、烯烴分離直至最后的聚丙烯、聚乙烯等產(chǎn)品裝置。各生產(chǎn)裝置在生產(chǎn)過程之中均有不同程度泄漏量或事故狀態(tài)的排放量,同時(shí)由于煤質(zhì)組分復(fù)雜,因此經(jīng)過各工藝后的排放氣組份也比較復(fù)雜。而火炬系統(tǒng)通常要求被處理的氣體具有足夠高的熱值以維持其自己燃燒,熱值大于等于7880kJ/Nm3的氣體才能夠維持自己燃燒;如果熱值不足以維持其自身燃燒,就需要借助相應(yīng)的伴燒介質(zhì)以達(dá)到排放氣體的完全燃燒。由于煤化工排放氣的組分復(fù)雜,為了保證火炬系統(tǒng)的安全性,對能與火炬排放系統(tǒng)內(nèi)的介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體;易聚合、對排放系統(tǒng)的管道通過能力有不利影響的可燃性氣體;氧含量大于2%(V%)的可燃性氣體;劇毒介質(zhì)或腐蝕性的氣體;在裝置內(nèi)處理比排入全廠可燃性氣體排放系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)、更有利于安全的可燃性氣體;最大允許排放背壓較低,排入全廠可燃性排放系統(tǒng)存在安全隱患的氣體需要設(shè)置單獨(dú)的排放系統(tǒng)進(jìn)行排放或進(jìn)行回收等其他工藝處理。以某180萬噸煤制甲醇轉(zhuǎn)60萬噸烯烴化工裝置為例,排放氣的組份及排放壓力、溫度見表1。由表1可以看出氣化裝置、變換裝置、低溫甲醇洗、凈化裝置、甲醇裝置所排放的火炬氣主要組份為氫氣、一氧化碳、二氧化碳以及水蒸氣,這類氣體混合后自身不會互相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)及聚合反應(yīng),可以單獨(dú)設(shè)置排放系統(tǒng),由于此類排放氣體組份的熱值較低(約為4016.64kJ/Nm3),排放壓力在0.45Mpa左右,需增加相應(yīng)伴燒系統(tǒng),確保排放氣體完全燃燒;MTO裝置、烯烴分離裝置、PP裝置、PE裝置所排放的火炬氣組份主要為乙烯、丙烯、以及C表1中一氧化碳與氫氣、丙烯容易發(fā)生羰基化反應(yīng);水蒸氣和硫化氫容易形成亞硫酸、硫酸等腐蝕性介質(zhì);硫化氫與氫氣、丙烯、乙烯等也易發(fā)生爆炸等化學(xué)反應(yīng)。由此可見三類氣體中任兩類混合后其中的部分氣體之間都會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者形成聚合爆炸性混合物。所以此三類氣體不能混合排放,且由于三類排放氣體的壓差較大,若混合排放后容易造成上游裝置排放過程中的排放氣互竄,帶來極大的安全隱患,只能單獨(dú)設(shè)立排放系統(tǒng)。在確定火炬排放系統(tǒng)時(shí)還需要考慮最大允許排放背壓,從表1中可看出MTO裝置的排放氣壓力要遠(yuǎn)低于烯烴分離裝置、PP、PE裝置的排放氣壓力,因此,MTO裝置的排放氣應(yīng)該再單獨(dú)設(shè)置排放系統(tǒng)管網(wǎng)。煤化工火炬排放系統(tǒng)的確定上要結(jié)合排放介質(zhì)、排放氣的溫度、壓力、設(shè)置排放系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性等綜合考慮來判定。1.2設(shè)計(jì)排放量分析煤化工火炬系統(tǒng)排放量的確定應(yīng)考慮工藝裝置開、停工狀況;火災(zāi)事故狀況;停水、停電及蒸汽、儀表空氣供應(yīng)中斷等公用工程事故狀況以及其他突發(fā)事故狀況。若由同一事故引起全廠或幾個(gè)裝置排放時(shí),火炬系統(tǒng)排放量的確定應(yīng)對各裝置排放“流量-時(shí)間曲線”進(jìn)行疊加,取最大值為該事故時(shí)的最大排放量;若無排放“流量-時(shí)間曲線”時(shí),宜按照經(jīng)驗(yàn)公式及相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中要求的疊加原則確定各排放系統(tǒng)的全廠最大排放量。煤化工作為新興化工產(chǎn)業(yè),火炬系統(tǒng)的排放量無準(zhǔn)確的各裝置排放“流量-時(shí)間曲線”,因此只能按照經(jīng)驗(yàn)公式及相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中要求的疊加原則來確定各排放系統(tǒng)的最大排放量。以表2中重?zé)N火炬排放系統(tǒng)的排放量來計(jì)算討論。由表2可看出,MTO反應(yīng)單元有2股火炬氣送火炬系統(tǒng),1股出現(xiàn)在停電狀態(tài)下水洗塔頂安全閥的排放,排放量為98t/h,另1股為反應(yīng)器四級旋風(fēng)分離器正常排出的火炬氣,排放量為10t/h;烯烴分離單元最大排放量出現(xiàn)在停電狀態(tài)下,排放量為576t/h;烯烴罐區(qū)最大排放量出現(xiàn)在火災(zāi)狀態(tài)下球罐安全閥的排放,排放量為100t/h,停水停電排放量為0。PP裝置最大排放量出現(xiàn)在火災(zāi)狀態(tài)下安全閥的排放,排放量為170t/h,停水排放量為77.154t/h,停電排放量為60t/h;PE裝置最大排放量出現(xiàn)在火災(zāi)狀態(tài)下安全閥的排放,排放量為180t/h,停水排放量為25t/h,停電排放量為143t/h。煤化工火炬排放系統(tǒng)的最大排放量不考慮所有裝置均同時(shí)的最大排放量;不考慮同時(shí)發(fā)生兩種事故的情況;同時(shí)根據(jù)每個(gè)排放系統(tǒng)在同一事故中的最大排放量,按影響系統(tǒng)尺寸最大的某個(gè)裝置排放量的100%與其余裝置排放量的30%之和計(jì)算(體積流量),但不應(yīng)低于該系統(tǒng)中兩個(gè)不同裝置最大單點(diǎn)排放的總量。對照表2,按停電事故工況進(jìn)行計(jì)算:對照表2,按停水事故工況進(jìn)行計(jì)算:對照表2,按火災(zāi)事故工況進(jìn)行計(jì)算:按上述對不同事故工況下排放量分別疊加后,不考慮同時(shí)發(fā)生兩種事故的情況,因此取其中總排放量(體積流量)的最大值即停電事故工況下的排放量作為該排放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)排放量。重?zé)N火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)排放量為666.3t/h,為了保證火炬排放系統(tǒng)的穩(wěn)定及后續(xù)裝置的負(fù)荷變化,可以相應(yīng)將重?zé)N火炬排放系統(tǒng)的排放量放大至700t/h。在正常生產(chǎn)過程中煤化工各裝置仍然有小流量的火炬氣排放。由表2得:重?zé)N火炬正常生產(chǎn)時(shí)的排放量為4.2~14.45t/h,同時(shí)還需要考慮富氫火炬正常生產(chǎn)時(shí)的排放量。為了不致使重?zé)N火炬和富氫火炬發(fā)生燜燒現(xiàn)象,延長火炬使用壽命。設(shè)計(jì)一支排放總管作為常燃火炬,火炬頭仍然利用酸性氣火炬頭,將重?zé)N火炬系統(tǒng)正常生產(chǎn)時(shí)的排放量經(jīng)過安全水封罐后引至酸性氣火炬進(jìn)行燃燒。所以酸性氣火炬的排放量就為酸性氣事故工況下計(jì)算出的排放量+正常生產(chǎn)時(shí)重?zé)N火炬系統(tǒng)的排放量之和。同理,可以計(jì)算出富氫火炬系統(tǒng)排放量和酸性氣火炬系統(tǒng)總的排放量。2關(guān)于煤礦火的運(yùn)行的討論2.1有計(jì)劃的放空運(yùn)行問題及原因:高壓富氫火炬排放時(shí)壓力逐步升高,產(chǎn)生壓力受阻的現(xiàn)象。由于甲醇中心開車初期及氣化爐進(jìn)行切爐階段,裝置排放的火炬氣含有大量凝液,造成高壓富氫水封閥液位迅速上升,但由于水封閥泄水能力有限,造成水封液位超高,導(dǎo)致上游系統(tǒng)放空有阻力。氣化爐切爐時(shí),氣化排放氣至火炬系統(tǒng)管段,切出的氣化爐和切入的氣化爐排放氣體匯合,經(jīng)過換熱,由于溫差較大原因?qū)е抡羝杆倮淠?。同時(shí)火炬氣外網(wǎng)管網(wǎng)為長輸裸管造成熱量大量損失及不凝氣的存在降低了水蒸汽的凝點(diǎn)。當(dāng)備用爐計(jì)劃升溫及提高負(fù)荷后,將合成氣引致低溫甲醇洗工段造成低溫甲醇洗產(chǎn)生的不合格合成氣,最終進(jìn)行放空。同樣造成了低溫氣體與高溫氣體在管道中匯合,形成大量冷凝液。應(yīng)對措施如下:(1)火炬氣管道為裸管散熱的改進(jìn)措施。采用了在管道外側(cè)進(jìn)行保溫處理,減少散熱量(2)火炬氣帶有大量凝液的改進(jìn)措施。采取沿線增加了兩個(gè)分液罐,并將冷凝液由泵送至污水裝置進(jìn)行處理。由于冷凝液的溫度較高,在泵的選型上選用了耐高溫離心泵。增設(shè)分液罐時(shí)考慮到防止火炬氣帶液量過大,造成分液罐滿罐,使放空系統(tǒng)憋壓。2.2高壓富氫火炬系統(tǒng)的構(gòu)成及原理運(yùn)行問題及原因:高壓富氫火炬系統(tǒng)管路及設(shè)備發(fā)生堵塞。由于高壓富氫火炬排放氣含有大量的煤粉,當(dāng)大量煤粉及火炬管網(wǎng)中未清掃徹底的雜物積聚在高壓富氫水封閥本體及排、泄水管路,液位計(jì),連通管等處。就會造成排水時(shí)間及泄水連通管回流時(shí)間過長,液位計(jì)堵塞,閥門打開后無法關(guān)緊的狀況;對火炬系統(tǒng)的運(yùn)行造成極大的威脅。應(yīng)對措施:在高壓富氫火炬排放系統(tǒng)長輸管道的排放端及中部位置再增加分液罐,確保液體能夠分離,并定期對管線及液位計(jì)進(jìn)行反吹掃。反吹的介質(zhì)可以選擇氮?dú)夂退?如過利用水的話可以將反吹掃的水再用作水封罐的補(bǔ)水。2.3各股小流量火炬燃燒冒黑煙的問題及解決措施運(yùn)行問題及原因:各股小流量火炬氣互竄。由于高壓富氫、低壓重?zé)N和超低壓重?zé)N火炬系統(tǒng)的小流量氣體共用一套安全水封系統(tǒng),因各股小流量排放氣的排放時(shí)間不同,排放壓力不同,因此容易造成三股小流量氣體容易發(fā)生互竄的現(xiàn)象,造成各股小流量的壓力升高,小流量火炬燃燒冒黑煙的現(xiàn)象。應(yīng)對措施:首先針對小流量火炬冒黑煙的問題,由于小流量沒有蒸汽或其他的助燃、伴燒介質(zhì),因此要解決小流量火炬冒黑煙的問題,就需要在小流量火炬上增設(shè)輔助風(fēng)機(jī)提高風(fēng)量,保證足夠的空氣助燃,杜絕冒黑煙的情況出現(xiàn)。再次對小流量火炬氣互竄的現(xiàn)象,將三股小流量火炬氣體分開,高壓富氫火炬小流量仍然使用現(xiàn)有的安全水封罐,低壓和超低壓重?zé)N火炬小流量通過新增阻火器分別進(jìn)入小流量火炬系統(tǒng)。從而保證小流量火炬系統(tǒng)的正常燃燒。2.4高空點(diǎn)火器頻繁動作,造成點(diǎn)火器在測點(diǎn)的頻繁動作,導(dǎo)致點(diǎn)火器和長明燈的使用壽命,則提高點(diǎn)火器的使用壽命,造成點(diǎn)火器和點(diǎn)火器在正行運(yùn)行問題及原因:三套火炬系統(tǒng)的遠(yuǎn)程點(diǎn)火系統(tǒng)頻繁動作。由于火炬系統(tǒng)的點(diǎn)火系統(tǒng)采用熱電偶所測溫度作為長明燈是否正常燃燒的判別信號;熱電偶的檢測點(diǎn)經(jīng)常因高空風(fēng)向的原因?qū)е聶z測點(diǎn)溫度偏差而出現(xiàn)誤報(bào),使得高空點(diǎn)火器頻繁動作,嚴(yán)重影響點(diǎn)火器和長明燈的使用壽命。應(yīng)對措施: