火炬頭故障分析與改進(jìn)措施

馬振華

(中國石油遼陽石化分公司烯烴廠)

火炬頭故障分析與改進(jìn)措施

馬振華*

(中國石油遼陽石化分公司烯烴廠)

從排放噪聲、火炬頭多處損壞和蒸汽引射管燒損3方面對火炬頭故障表現(xiàn)形式及其產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并提出針對性的故障改進(jìn)措施。

火炬頭 故障分析 改進(jìn)措施

某石化廠公用車間火炬系統(tǒng)于2007年10月投入使用，火炬總高125m，由火炬頭、分子封、火炬塔架、火炬筒體、分液罐、水封罐、儀表及電氣相關(guān)設(shè)施等組成，該系統(tǒng)屬于高空火炬系統(tǒng)[1]。該火炬系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行至今一直沒有對其火炬頭部分進(jìn)行維護(hù)檢修，導(dǎo)致多個(gè)部位出現(xiàn)故障。在此，筆者針對某石化廠公用車間的火炬頭故障形式及其原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施以對火炬頭進(jìn)行維護(hù)檢修。

1 火炬頭故障分析

1.1 火炬頭結(jié)構(gòu)

該火炬頭為梅花噴嘴型式(圖1)，頂部直徑1.7m，用于排放量較大的場合，結(jié)構(gòu)復(fù)雜[2]。

圖1 梅花噴嘴式火炬頭

1.2 故障表現(xiàn)形式

火炬自投用以來，排放噪聲一直很大，后通過調(diào)整蒸汽量使噪聲減小；但在其他生產(chǎn)裝置生產(chǎn)波動，且有大量可燃?xì)馀胖粱鹁嫒紵龝r(shí)，火炬物排放仍舊會出現(xiàn)較大的噪聲，周邊幾公里內(nèi)均不同程度上受到影響，形成了噪聲污染。

火炬頭頂部蒸汽盤管、消煙蒸汽法蘭及梅花噴嘴接管等部位均有漏點(diǎn)、開裂和破損。

火炬頭內(nèi)部的24根蒸汽引射管燒損情況如圖2所示，可以看到蒸汽引射管損壞程度已十分嚴(yán)重，梅花噴嘴均已變形或脫落。

圖2 火炬頭內(nèi)部蒸汽引射管燒損情況

2 火炬頭故障原因分析

2.1 排放噪聲大

通過近距離檢查火炬頭結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，梅花噴嘴距引射蒸汽管的喇叭口距離較遠(yuǎn)，造成部分蒸汽流動噪聲外漏，并且其消音罩損壞嚴(yán)重，無法消音。

2.2 火炬頭多處損壞

火炬系統(tǒng)蒸汽管線(主要在火炬頂部)有多處漏點(diǎn)，原因是蒸汽管中存有積水，冬季凍脹，造成泄漏。火炬頂部有3處消煙蒸汽法蘭經(jīng)常發(fā)生泄漏，主要是因?yàn)榛鹁嫠苷w發(fā)生振動，且溫差較大，造成每到冬季便發(fā)生泄漏的現(xiàn)象。

火炬頭部位有多處開裂。火炬頭頂部振動較大，且受內(nèi)部高溫作用，焊縫抗拉能力下降，導(dǎo)致開裂。火炬筒體邊緣處開裂的主要原因是：消煙蒸汽引射管燒損后，沒有消煙蒸汽的保護(hù)，火炬物在火炬頭內(nèi)部燃燒，導(dǎo)致筒體損壞。

火炬頭內(nèi)部引射蒸汽管燒損后，火炬物在筒體內(nèi)部燃燒，火焰通過喇叭口串到消煙蒸汽盤管處，造成盤管過燒，導(dǎo)致其裂紋和鼓包。盤管內(nèi)泄漏的蒸汽對消音罩產(chǎn)生沖刷，導(dǎo)致消音罩內(nèi)部損壞，而火炬頭內(nèi)部串出的火焰，造成消音罩外層壁板過燒，導(dǎo)致其變形。

2.3 蒸汽引射管燒損嚴(yán)重

蒸汽盤管上多個(gè)梅花噴嘴脫落或損壞，使消煙蒸汽無法通過引射蒸汽管送到火炬筒體內(nèi)部，造成消煙蒸汽引射管沒有蒸汽保護(hù)而燒損。

3 改進(jìn)措施

3.1 防噪聲措施

防噪聲措施有如下3方面：

a. 在修復(fù)兩個(gè)原消音罩的同時(shí)，增加兩個(gè)消音罩，置于原消音罩的上部，即相當(dāng)于增加一個(gè)屋頂，將蒸汽噴射產(chǎn)生的噪聲進(jìn)一步吸收，防止擴(kuò)散(下部留出空氣流通通道)。

b. 梅花噴嘴處的喇叭口用高鋁纖維毯包裹后加不銹鋼鋼板，吸收梅花噴嘴噴射蒸汽產(chǎn)生的噪聲；同時(shí)將梅花噴嘴與喇叭口位置調(diào)整，保證噴射的蒸汽噪聲盡量通過蒸汽引射管傳出。

c. 在火炬頭筒體內(nèi)壁涂抹一層約40mm厚的耐火膠泥，起隔熱降噪的作用[3]。

3.2 防泄漏措施

將長明燈伴熱管的材料由碳鋼改為S30408，管與管之間的連接用S30408管箍，以提高伴熱管抗拉強(qiáng)度；伴熱管用錫紙包裹，避免碳鋼與不銹鋼接觸產(chǎn)生電位腐蝕，延長伴熱管使用壽命。

提高蒸汽系統(tǒng)脫水能力，地面疏水系統(tǒng)更換大排量疏水閥，提高冷凝水回收能力。

3處消煙蒸汽法蘭更換為凹凸面密封(FM/M)的型式，以提高抗振防泄漏能力；緊固螺栓改細(xì)牙、采用碟簧片以增加預(yù)緊力，防振動松動。

3.3 防損壞措施

防損壞措施具體包括以下5方面：

a. 平整筒體，在筒體頂部加外加強(qiáng)圈，防止筒體過熱變形；

b. 在筒體外加強(qiáng)圈下部增加立板拉筋，防止筒體變形；

c. 梅花噴嘴連接管處加補(bǔ)強(qiáng)、加凸臺，提高焊縫抗拉強(qiáng)度；

d. 拆除吊耳，避免吊耳焊縫處因熱應(yīng)力集中導(dǎo)致吊耳脫落；

e. 通過提高材料等級來預(yù)防過熱燒損火炬頭內(nèi)件，如將24根蒸汽引射管材料換為S31008，內(nèi)部支撐圈和套圈材料換為S31008[4]。

3.4 承重核算

火炬頭改進(jìn)修復(fù)后較原火炬頭增加了部分重量，其中一部分重量作用到火炬頭筒體碟形變徑處，如圖3所示。其中，Ⅰ為上筒體與變徑處的連接形式，Ⅱ?yàn)橄峦搀w與變徑部位的連接形式。

從圖3可以看出，筒體碟形變徑部位的焊縫處承受了上部火炬頭的重量，經(jīng)核算筒體碟形變徑部位增加承載重量約786kg，具體為：火炬頭筒體內(nèi)部涂抹耐火膠泥(包含錨固爪釘)重約250kg，火炬頭外部加筋板重約175kg，火炬頭外加強(qiáng)圈重約130kg，16根蒸汽引射管因壁厚增加(由3.0mm增加到4.5mm)導(dǎo)致重量增加約171kg，新增上部消音罩重約70kg，其他材料重約25kg，拆除的兩個(gè)吊耳重約35kg。

圖3 火炬頭筒體碟形變徑處增加重量示意圖

對于增加的重量，經(jīng)核算，筒體碟形變徑部位承載力滿足要求，達(dá)到安全使用條件。

4 結(jié)束語

火炬系統(tǒng)點(diǎn)火，消煙蒸汽系統(tǒng)投用后，未發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，且噪聲明顯降低。監(jiān)測結(jié)果表明，在蒸汽閥全開的條件下，當(dāng)蒸汽壓力為8MPa時(shí)，距火炬約200m處測量噪聲為60dB，較之前明顯降低，徹底解決了火炬噪聲的問題。經(jīng)過一年半時(shí)間的考核，火炬系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，消除了蒸汽泄漏及管道損壞等故障，為裝置平穩(wěn)運(yùn)行、生產(chǎn)提供了保障。

[1] HG/T 20570.12-95,工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定:火炬系統(tǒng)設(shè)備[S].北京:中華人民共和國化學(xué)工業(yè)部,1996.

[2] SHS 01031-2004,火炬維護(hù)檢修規(guī)程:石油化工設(shè)備維護(hù)檢修規(guī)程(第一冊)通用設(shè)備[S].北京:中國石化出版社,2004.

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

[4] SH 3009-2013,石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中華人民共和國工業(yè)和信息化部,2013.

TQ056.8

B

0254-6094(2016)01-0122-03

*馬振華，男，1981年12月生，工程師。遼寧省遼陽市，110003。

2015-01-23，

2016-01-15)