针对石油化工火炬系统的探讨

蒋伟宁 中国石油集团东北炼化工程有限公司沈阳分公司

随着国家石油炼化和化学化工产业的逐步提升和发展，新建炼化装置的处理量和处理能力也是显著提升。为保证炼化和化工装置生产设施的安全可靠稳定运行，按现有最成熟的技术是设置火炬系统，对各种生产装置非正常生产运行的工况下排放出的气体作燃烧处理。火炬系统的设置必须以安全、环保为原则，整体火炬系统需要对燃烧处理能力、热辐射、长明灯、点火系统、监控系统等要进行仔细的规划与设计核算和论证。一般在火炬气总管输出后设置、分液罐、集液罐、火炬塔架、火炬燃烧器、水封罐、分子密封器（或在火炬内部设置内嵌式流体密封器）、火炬筒体、蒸汽消烟系统、氮气吹扫系统、自动点火系统、地面爆燃点火装置、火焰监测器及相关的逻辑控制电路和辅助管网系统等等；

一、火炬塔架形式

根据火炬头的维修、更换方式，火炬塔架可分为三种结构：

1. 固定式三角形和四边形塔架，可单个、多个竖筒共构捆绑；

2. 可拆卸式塔架，可单个、多个竖筒共构捆绑；

3. 自拆卸式火炬塔架，可支承多个火炬筒体。

三种塔架结构特点：

（1）固定式塔架

碳氢气、酸气火炬共构捆绑、火炬装置维护、检修需系统停车，人工上去检维修，拆卸、安装火炬头需要大型吊装机具。

（2）可拆卸式塔架

碳氢气、酸气火炬共构捆绑，塔架顶端设置吊装升降设备。火炬装置维护、检修需系统停车，人工上去检维修，拆卸、安装火炬头不需要大型吊装机具，可利用吊装升降设备完成。

（3）可拆卸式塔架

塔架可满足火炬筒体拆卸要求、安装简单。

①在同一高架火炬塔架上可以同时捆绑支撑多个火炬筒体，塔架采用工厂预制，厂内预组装，便于保证安装精度、周期和安装整体质量。塔架结构设满足可拆卸式火炬筒体的装卸要求。

②采用油漆、热浸锌防腐技术，可保证塔架的防腐寿命大于20年。

③其中一套火炬排放筒体的故障检维修不会涉及和影响到其他火炬系统的正常生产运行，火炬塔架采用法兰、螺栓联接，便于现场快速安装。

④不需要使用大型或专用的设施对火炬系统进行施工安装和检维修工作。

二、火炬燃烧器

火炬燃烧器是化工火炬系统中起重要绝定作用和主要的设备，各生产装置非正常工况下排放出的可燃气体都是通过燃烧器燃烧，火炬燃烧器的选用选择有以下基本要求：

1.满足各生产装置不同工况下的火炬气安全燃烧。既能达到满足生产装置事紧急事故状态下需要的排放量，在最大排放量下燃烧不脱火，又能达到整个系统小排量时燃烧的不回火；

2.排放气体的在尽量达到完全燃烧的要求，燃烧产生的烟雾要消除掉，燃烧过程中的副产物要达到并满足相关环境保护的有关规定；

3.排放气体要求达到完全燃烧时，能耗不能过高；

4.结构设计合理简单，使用和安装维护维修要便捷，正常工况使用周期长；

5.燃烧过程中的噪音和光线对周边的环境影响小。

三、密封器

密封器一般分两种：一种是分子密封、另一种是流体密封（设置在火炬头内部）。

分子密封器是一种防回火设备。分子密封器采用钟罩结构，利用氮气作为密封气体，根据氮气的浮力在钟罩内形成一个高于大气压的区域，阻止火炬系统里面空气的进入。

分子密封器底部设有排凝口、手孔，将积液通过排凝口污物排净，避免产生腐蚀和堵塞。密封器底部设置环形伴热管，在冬季在分子密封器底部及排凝管都需要伴热，以避免冷冻结冰堵塞放空通道和排凝通道。

四、火炬筒体

固定式、可拆式塔架的火炬筒体为底部固定，各节焊接置于塔架中。

自拆式火炬筒体。火炬筒体分段设计，通过法兰联接，将全部公用工程管线及电器仪表管线分段敷设在每节筒体上，同时每段筒体预先焊好滑动支架及吊装设施，以便安装、拆卸，组装时火炬筒体上的所有公用工程管线通过法兰连接，仪表管线通过接线盒连接。

火炬筒体上的蒸汽管线要设置胀力弯，用以吸收膨胀位移，每节筒体上的胀力弯通过固定支架和滑动支架敷设在每节筒体上。

安装每节筒体时要将筒体上的滑动支架置入到塔架上升降导向滑道内，可上下移动，火炬筒体所受的横向载荷，通过筒体上的滑动支架传递到塔架上，其载荷由塔架承担。

火炬筒体全部在工厂预制完成，并同塔架一起进行预组装，以便校验尺寸精度和安装精度，火炬筒体自上而下的两节筒体采用高温耐热防腐漆，其余采用富锌油漆以抗大气、环境腐蚀。

五、火炬消烟系统

火炬燃烧器的消烟通过注入水蒸汽的方法来实现。

火炬燃烧时可通入蒸汽进行消烟，蒸气为可自动调节式，调节量将随着火炬气体放散量及燃烧温度进行控制。

在火炬燃烧器系统中心设置蒸汽管道喷管。通过管道喷进的蒸汽能够改变燃烧区中心的水碳比，还可以有效降低火炬头部燃烧时产生的高温，同时也达到了使燃烧器使用周期延长的目的。

在火炬燃烧器系统中心设置蒸汽管道喷管。其主要作用是通过蒸汽喷嘴喷出高速蒸汽，同时从下部引射大量的空气，给火焰高温缺氧区提供空气，达到排放气体与空气混合充分的目的。这种方法可以托高火焰，使火焰远离火炬燃烧器头部。

火炬燃烧器头部外围上部设置环行蒸管。环形蒸汽管周围设有若干喷口，布置均匀。使蒸汽旋流状喷出，使排放气体和空气的混合达到理想效果。

六、氮气吹扫系统

氮气管经总阀、限流孔板，经管线接至火炬筒或分子密封器，由气动阀控制，作为吹扫和密封气源。

七、点火控制系统

点火系统通常设置点火源、引火筒与长明灯。火炬的点火方式一般有两种：一种是高空自动/手动点火器，另一种是自动/手动地面爆燃点火器，这里主要介绍地面爆燃点火器。

地面爆燃是指燃料气与空气按一定比例混和，进入爆炸范围后，遇火产生的微小爆炸，燃烧时产生的火焰通过管道达到火炬头（火焰传播的速度可以达到亚音速），系统由爆燃罐、压力表、高能点火器、球阀阀组，可以实现人工手动点火。

地面爆燃点火器采取用两道闸阀的控制调节方式，并且在空气及燃料气管线上均设有限流孔板，现场操作人员容易调节到合适的爆燃混和比，因此具有极高的点火成功率，点火器使用寿命≥10年。