火炬运行故障原因分析与解决措施

黄玉良(国家能源集团榆林化工有限公司，陕西 榆林 719000)

0 引言

化工企业火炬系统故障或操作问题引发的事故经常发生，随着化工装置规模日益大型化，装置紧急排放气量大幅度提高，加上环保严格要求，保持火炬系统稳定运行变得越来越重要。下面结合火炬运行中易产生的故障进行原因分析，并提出解决措施。

1 火炬运行中常见故障

1.1 长明灯运行故障

某化工企业重烃火炬从2015年12月15日MTO装置开工至2016年4月8日，储运装置重烃火炬的四盏长明灯和酸氨火炬的三盏长明灯经常出现无故熄灭现象，而且没有规律，特别是重烃火炬长明灯D和酸氨火炬长明灯C，无故熄灭的次数较多。2016年5月至2016年11月期间，重烃火炬长明灯和酸氨火炬长明灯无故熄灭的次数相对于2015年12月至2016年4月期间减少了许多，但2016年12月至2017年1月，重烃火炬长明灯和酸氨火炬长明灯又经常出现无故熄灭现象。长明灯经常性熄火会导致火炬排放气无法及时得到燃烧，产生安全环保事故，因而应有效分析其原因，并采用科学处理方法[1]。

1.2 分子封损坏问题

2017年7月，某公司的甲醇酸换热器出现问题，工作人员进行临时检修，采用变换装置对火炬进行放空处理。此过程压力由57 kPa增加到104.69 kPa，火炬总管出现撕裂现象，系统做出紧急停车动作。之后工作人员开展排查处理，打开分子封的检查孔，对其内部情况进行全面排查，最终发现分子封的筒体和钟罩的焊接位置出现脱落问题[2]。分子封筒体和分子封钟罩焊接位置脱落情况如图1所示。

图1 分子封筒体和分子封钟罩焊接位置脱落情况

分子封是火炬系统的重要安全设备，如果分子封发生故障，则不能够确保在排放火炬气中断后对空气倒流现象进行有效处理，也无法保证之后的排放工作不会出现爆炸、回火等问题，无法保证生产装置与火炬设施安全[3]。

2 火炬运行故障原因分析与解决措施

2.1 长明灯熄火原因分析与处理措施

长明灯在出厂前均会开展不同风速测试以及暴雨模拟等处理。SP-2型长明灯基于降雨量为50 mm/h与风速140 km/h条件、无雨时风速为160 km/h条件，均可以稳定燃烧，同时可以重新点燃。如果燃料气成分的变化情况不在适应范围，那么就会影响长明灯耐候性与耗气量，尤其会严重影响长明灯抗风雨和稳定性能。以长明灯熄火现象分析，主要是在风向偏向一侧、风速大以及气温低等条件下熄火频率更大。相关人员和厂家的技术人员对该问题进行共同研究，发现长明灯使用的燃料气组分在设计环节和实践运行过程中存在较大差异，设计环节中氮气含量是2.64%，但是全组分析过程中氮气含量达到30%，导致现场长明灯在该组份气体方面缺乏良好适应性，进而影响长明灯运行稳定性。燃料气管网组分分析情况如下。燃料气管网组分分析情况如表1所示。

表1 燃料气管网组分分析情况

燃料气的氮气含量增加关键原因就是MTO设备需要将一些松动氮气、输送氮气以及反吹氮气通入反应器中，之后传输至烯烃分离系统进行压缩分离处理，呈现不凝气状态的氮气和少量丙烷、乙烷以及甲烷等组分均被输送到燃料气管网，因此使得燃料气管网的氮气含量增加[4]。

燃料气的氮气含量增加关键原因就是MTO设备需要将一些松动氮气、输送氮气以及反吹氮气通入反应器中，之后传输至烯烃分离系统进行压缩分离处理，呈现不凝气状态的氮气和少量丙烷、乙烷以及甲烷等组分均被输送到燃料气管网，因此使得燃料气管网的氮气含量增加[4]。

2016年5月通过降低MTO设备向反应器的氮气输送量，减少了火炬长明灯燃料气中氮气含量，优化了长明灯运行工况，大大降低了熄灭频次。即便长明灯发生熄灭情况，利用火炬点火系统也可以重新点燃长明灯。调整之后燃料气组情况如表2所示。

表2 调整之后燃料气组情况

2.2 分子封故障原因及处理策略

故障原因主要如下：(1)在原始设计方面，针对筒体下体以及钟罩焊接点数量仅设置4个，在日常运行中，导致钟罩经常摆动，导致焊接点出现疲劳问题。(2)分子封的不同部件、筒体支撑和封钟罩焊接的质量存在一定问题，对于部分焊缝并未进行透彻焊接，使焊缝结构无法达到标准要求。(3)支撑板和分子封钟罩焊缝位置没有设置加强措施，缺乏良好强度，极易发生疲劳断裂问题。(4)钟罩材料为15 MnR，在运行过程中，火炬气会对其造成腐蚀与冲刷问题，使得钟罩强度受到影响。(5)因为火炬头和地面之间距离较大，在日常工作过程中无法进行检查，即便在全厂大检修时，也无法检查分子封内部，使得焊接问题无法及时发现[5]。

主要采用以下方法进行处理，第一，按照损坏原因具体情况，借助相关技术对分子封上部开展钟罩固定工作，实现技术改造，将支撑钢管设置于钟罩顶部(数量为4支，材料选择20#钢，外径为114×8 mm)，防止钟罩脱落引发憋压问题。第二，将4个支撑腿设置于分子封底部，在圆筒体上对原支撑板进行复原焊接处理，并连续开展焊接处理，为下部焊接质量提供保障。第三，在地面上对分子封进行吊装处理，按照全新设计图进行加固处理，割开外筒，对底部支撑进行焊接，将原支撑板复原，开展组对过程中，保证内外筒同心、确保直线度、对于各个焊缝外观开展着色检验工作。第四，加大火炬系统维护检修力度，全厂停工大检修时，将火炬分子封纳入到必检项目中，进行全面检查。第五，选择310 S材料替代16 MnR材料，防止发生锈蚀问题。分子封改造之后的底部情况如图2所示。

图2 分子封改造之后的底部情况

3 结语

综上所述，火炬运行中，长明灯熄火与分子封问题属于常见故障。要想保证火炬系统稳定运行，应该保证长明灯能够在任何环境与工况中被点燃并持续稳定燃烧。实践中需要采用技术先进的新型长明灯，同时在日常维检以及工艺操作中开展精细化管理。另外，还需要保证分子封的密封效果，防止空气向火炬筒体中倒流，导致火炬发生回火或爆轰。