火炬头故障分析与改进措施

马振华

(中国石油辽阳石化分公司烯烃厂)

火炬头故障分析与改进措施

马振华*

(中国石油辽阳石化分公司烯烃厂)

从排放噪声、火炬头多处损坏和蒸汽引射管烧损3方面对火炬头故障表现形式及其产生原因进行分析，并提出针对性的故障改进措施。

火炬头 故障分析 改进措施

某石化厂公用车间火炬系统于2007年10月投入使用，火炬总高125m，由火炬头、分子封、火炬塔架、火炬筒体、分液罐、水封罐、仪表及电气相关设施等组成，该系统属于高空火炬系统[1]。该火炬系统连续运行至今一直没有对其火炬头部分进行维护检修，导致多个部位出现故障。在此，笔者针对某石化厂公用车间的火炬头故障形式及其原因进行分析，并提出相应的改进措施以对火炬头进行维护检修。

1 火炬头故障分析

1.1 火炬头结构

该火炬头为梅花喷嘴型式(图1)，顶部直径1.7m，用于排放量较大的场合，结构复杂[2]。

图1 梅花喷嘴式火炬头

1.2 故障表现形式

火炬自投用以来，排放噪声一直很大，后通过调整蒸汽量使噪声减小；但在其他生产装置生产波动，且有大量可燃气排至火炬燃烧时，火炬物排放仍旧会出现较大的噪声，周边几公里内均不同程度上受到影响，形成了噪声污染。

火炬头顶部蒸汽盘管、消烟蒸汽法兰及梅花喷嘴接管等部位均有漏点、开裂和破损。

火炬头内部的24根蒸汽引射管烧损情况如图2所示，可以看到蒸汽引射管损坏程度已十分严重，梅花喷嘴均已变形或脱落。

图2 火炬头内部蒸汽引射管烧损情况

2 火炬头故障原因分析

2.1 排放噪声大

通过近距离检查火炬头结构发现，梅花喷嘴距引射蒸汽管的喇叭口距离较远，造成部分蒸汽流动噪声外漏，并且其消音罩损坏严重，无法消音。

2.2 火炬头多处损坏

火炬系统蒸汽管线(主要在火炬顶部)有多处漏点，原因是蒸汽管中存有积水，冬季冻胀，造成泄漏。火炬顶部有3处消烟蒸汽法兰经常发生泄漏，主要是因为火炬塔架整体发生振动，且温差较大，造成每到冬季便发生泄漏的现象。

火炬头部位有多处开裂。火炬头顶部振动较大，且受内部高温作用，焊缝抗拉能力下降，导致开裂。火炬筒体边缘处开裂的主要原因是：消烟蒸汽引射管烧损后，没有消烟蒸汽的保护，火炬物在火炬头内部燃烧，导致筒体损坏。

火炬头内部引射蒸汽管烧损后，火炬物在筒体内部燃烧，火焰通过喇叭口串到消烟蒸汽盘管处，造成盘管过烧，导致其裂纹和鼓包。盘管内泄漏的蒸汽对消音罩产生冲刷，导致消音罩内部损坏，而火炬头内部串出的火焰，造成消音罩外层壁板过烧，导致其变形。

2.3 蒸汽引射管烧损严重

蒸汽盘管上多个梅花喷嘴脱落或损坏，使消烟蒸汽无法通过引射蒸汽管送到火炬筒体内部，造成消烟蒸汽引射管没有蒸汽保护而烧损。

3 改进措施

3.1 防噪声措施

防噪声措施有如下3方面：

a. 在修复两个原消音罩的同时，增加两个消音罩，置于原消音罩的上部，即相当于增加一个屋顶，将蒸汽喷射产生的噪声进一步吸收，防止扩散(下部留出空气流通通道)。

b. 梅花喷嘴处的喇叭口用高铝纤维毯包裹后加不锈钢钢板，吸收梅花喷嘴喷射蒸汽产生的噪声；同时将梅花喷嘴与喇叭口位置调整，保证喷射的蒸汽噪声尽量通过蒸汽引射管传出。

c. 在火炬头筒体内壁涂抹一层约40mm厚的耐火胶泥，起隔热降噪的作用[3]。

3.2 防泄漏措施

将长明灯伴热管的材料由碳钢改为S30408，管与管之间的连接用S30408管箍，以提高伴热管抗拉强度；伴热管用锡纸包裹，避免碳钢与不锈钢接触产生电位腐蚀，延长伴热管使用寿命。

提高蒸汽系统脱水能力，地面疏水系统更换大排量疏水阀，提高冷凝水回收能力。

3处消烟蒸汽法兰更换为凹凸面密封(FM/M)的型式，以提高抗振防泄漏能力；紧固螺栓改细牙、采用碟簧片以增加预紧力，防振动松动。

3.3 防损坏措施

防损坏措施具体包括以下5方面：

a. 平整筒体，在筒体顶部加外加强圈，防止筒体过热变形；

b. 在筒体外加强圈下部增加立板拉筋，防止筒体变形；

c. 梅花喷嘴连接管处加补强、加凸台，提高焊缝抗拉强度；

d. 拆除吊耳，避免吊耳焊缝处因热应力集中导致吊耳脱落；

e. 通过提高材料等级来预防过热烧损火炬头内件，如将24根蒸汽引射管材料换为S31008，内部支撑圈和套圈材料换为S31008[4]。

3.4 承重核算

火炬头改进修复后较原火炬头增加了部分重量，其中一部分重量作用到火炬头筒体碟形变径处，如图3所示。其中，Ⅰ为上筒体与变径处的连接形式，Ⅱ为下筒体与变径部位的连接形式。

从图3可以看出，筒体碟形变径部位的焊缝处承受了上部火炬头的重量，经核算筒体碟形变径部位增加承载重量约786kg，具体为：火炬头筒体内部涂抹耐火胶泥(包含锚固爪钉)重约250kg，火炬头外部加筋板重约175kg，火炬头外加强圈重约130kg，16根蒸汽引射管因壁厚增加(由3.0mm增加到4.5mm)导致重量增加约171kg，新增上部消音罩重约70kg，其他材料重约25kg，拆除的两个吊耳重约35kg。

图3 火炬头筒体碟形变径处增加重量示意图

对于增加的重量，经核算，筒体碟形变径部位承载力满足要求，达到安全使用条件。

4 结束语

火炬系统点火，消烟蒸汽系统投用后，未发现漏点，且噪声明显降低。监测结果表明，在蒸汽阀全开的条件下，当蒸汽压力为8MPa时，距火炬约200m处测量噪声为60dB，较之前明显降低，彻底解决了火炬噪声的问题。经过一年半时间的考核，火炬系统运行平稳，消除了蒸汽泄漏及管道损坏等故障，为装置平稳运行、生产提供了保障。

[1] HG/T 20570.12-95,工艺系统工程设计技术规定:火炬系统设备[S].北京:中华人民共和国化学工业部,1996.

[2] SHS 01031-2004,火炬维护检修规程:石油化工设备维护检修规程(第一册)通用设备[S].北京:中国石化出版社,2004.

[3] API Standard 537,Flare Details for General Refinery and Petrochemical Service[S].Washington:American Petroleum Institute,2003.

[4] SH 3009-2013,石油化工可燃性气体排放系统设计规范[S].北京:中华人民共和国工业和信息化部,2013.

TQ056.8

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0254-6094(2016)01-0122-03

*马振华，男，1981年12月生，工程师。辽宁省辽阳市，110003。

2015-01-23，

2016-01-15)