煤化工火炬長明燈熄滅原因分析及處理方法

宋磊剛（神華榆林能源化工有限公司，陜西榆林719300）

煤化工火炬長明燈熄滅原因分析及處理方法

宋磊剛（神華榆林能源化工有限公司，陜西榆林719300）

對于任何石油化工裝置、煉油裝置和煤化工裝置來說，火炬系統都是生產的最后一道安全屏障，在工藝生產裝置處于正常工作狀態時，能夠安全輸送和燃燒處理掉裝置正常生產情況下排放出的多余的易燃易爆氣體，在工藝生產突發的設備停電、停儀表風等事故狀態時，能夠保證生產裝置工藝氣體的安全排放，防止火災及爆炸事故發生，保證人身和設備安全?；鹁骈L明燈作為火炬系統安全燃燒的一個必不可少的設備，必須在任何時候都能夠保持穩定持續燃燒狀態，本文通過分析榆林某公司火炬單元長明燈運行狀態、外界天氣條件、操作條件和燃料氣組成，找到了火炬長明燈頻繁熄滅原因，并采取了相應的處理辦法和整改建議。

火炬；長明燈；燃料氣；組分；環保

火炬對裝置的安全有著很大的影響，火炬本身是為了保障工廠在緊急事故停車時的安全而設置的，但若火炬的性能不可靠，各系統運行不穩定，就不但不能起安全作用，反而將原來有可能是分散在各處小量排放的可燃氣體集中在一起大量排放，成為一個大“禍源”。長明燈是設在火炬頭處的一個經常被點燃著的小火種，它的任務是及時點燃火炬筒體排放出的火炬氣，所以無論氣候環境如何，是下雨還是刮風，工業火炬長明燈都要能夠保持穩定持續燃燒以對排放的廢氣進行點燃，進而滿足安全環保的要求。

1 火炬系統簡介

1.1 裝置的地位與作用

火炬系統是企業重要的安全與環保設施，主要負責處理全廠裝置正常排放和事故狀態下大量排放的可燃性氣體。

開停工火炬系統，主要負責處理罐區開停車工況、正常工況及事故工況下排放的可燃性氣體以及裝卸站排放的可燃性氣體。

1.2 裝置的技術來源

火炬系統的設計單位是江蘇中圣高科技產業有限公司，針對不同的火炬氣排放壓力設置水封罐保證火炬氣的安全排放；采用流體密封器實現防止回火；針對不同種類的火炬氣采用燃料氣伴燒、蒸汽消煙及空氣助燃實現無煙燃燒的方法，滿足環保的要求。

1.3 裝置的主要構成單元

火炬系統分為全廠性火炬和開停工火炬。

1.3.1 全廠性火炬

全廠性火炬包括重烴火炬及酸氨火炬。重烴火炬用于處理低壓重烴火炬氣和超低壓重烴火炬氣。低壓重烴火炬氣主要有烯烴分離裝置、PP裝置、LDPE裝置及罐區等的事故排放氣。超低壓重烴火炬氣主要有MTO裝置和PP裝置的事故排放氣；主要由火炬分液罐、水封罐、火炬筒體、點火系統、燃料氣系統、蒸汽消煙系統、凝液系統及其排放管線組成。酸氨火炬負責處理凈化裝置（預留）排放的酸性氣、富氫（預留）、重烴分流的火炬氣及液氨球罐事故排放的氨氣；主要由酸性氣分液罐、阻火器、火炬筒體、點火系統、燃氣系統、燃料氣伴燒系統及其排放管線組成。

1.3.2 開停工火炬

開停工火炬負責處理在裝置停工或首次開工期間，罐區開停車工況、正常工況及事故工況下排放的可燃性氣體以及裝卸站排放的可燃氣體；主要由火炬分液罐、火炬筒體、點火系統、燃料氣系統、鼓風助燃系統及其排放管線組成。

1.4 工藝說明

重烴火炬排放氣從裝置排出進入火炬氣管網進入火炬界區，經過分液罐分液后進入水封罐，當其壓力高于水封壓力時排入重烴火炬筒體，經由重烴火炬頭高空燃燒排放；當火炬氣其壓力低于水封壓力無法突破水封時，對火炬氣進行分流，重烴分流火炬氣經過重烴分流水封罐后進入酸氨火炬放空燃燒。全廠罐區液氨事故排放氣進入火炬界區，直接排往酸氨火炬頭燃燒。

2 火炬長明燈運行情況及問題排查

從2015年12月15日MTO裝置開工至2016年4月8日，儲運裝置重烴火炬的四支長明燈經常出現頻繁熄滅現象，特別在天氣條件較差時，重烴火炬長明燈出現頻繁熄滅的次數較多。2016年5月至2016年11月，在此期間重烴火炬長明燈頻繁熄滅的次數相對于2015年12月至2016年9月期間減少了許多，2016年10月至2017年5月，重烴火炬長明燈也會無規律地出現熄滅現象。

針對長明燈頻繁熄滅情況，榆林某公司儲運裝置進行了逐項排查，通過現場實際檢查和數據分析排除了以下四點影響因素并進行了相關解釋：

（1）燃料氣伴熱效果差（此裝置燃料氣伴熱為低壓蒸汽伴熱）。

（2）燃料氣組分重（此裝置燃料氣組分為C3以下組分）。

（3）燃料氣帶液（燃料氣在0.3MPa（G）下露點約為-60℃）。

（4）長明燈燃料氣管線堵塞（煤制烯烴項目正常生產狀態下燃料氣中不含硫及不飽和烴組分，不易發生結焦）。

3 原因分析及處理辦法

火炬長明燈出廠都會進行一系列模擬暴雨和各等級風速測試，榆林某公司現用的SP-2型長明燈均能在風速為160Km/h（無雨）時、分速為140Km/h且同時50mm/h降雨量條件下穩定燃燒，并且能重新點燃。若燃料氣成分變化超出適應范圍，則長明燈耗氣量和耐候性均會受到影響，特別是穩定性和抗風與性能。從該公司火炬長明燈熄滅的現象上看，大多數是在氣溫低、風速大和風向嚴重偏向一側時出現熄滅的次數較多。對此，該公司儲運裝置與廠家技術人員共同探討和研究得出的結論為長明燈燃燒氣氣源在設計階段與實際運行時組份相差較大，設計階段氮氣含量僅2.64%，而全組分分析氮氣含量較高（約30%），使現場在用的長明燈無法完全適應該組份氣體，從而導致長明燈運行不暢。

燃料氣管網組分分析如下：

燃料氣組分分析（LORU實測值）分析項目氬氣氮氣一氧化碳氫氣甲烷乙烷乙烯丙烷丙烯C4+合計1噸燃料氣=1121 Nm3單位%%%%%%%%%%分析結果33.970.1121.1131.336.390.016.840.170.0011熱值（Kcal/ Nm3）3045 2570 8562 13900 13939 23686 19400 25700混合熱值（Kcal/Nm3）003.35542.532682.47888.211.391620.1232.980.285771.34平均分子量40 28 28 2 16 30 28 44 42 56燃料氣平均分子量09.51160.03080.42225.01281.9170.00283.00960.07140.00061619.978816

造成燃料氣組分中氮氣含量較高的主要原因是MTO裝置需要向反應器中通入部分輸送氮氣、反吹氮氣以及松動氮氣，通入反應器中的氮氣進入烯烴分離單元進行壓縮分離，由于氮氣在脫甲烷塔的操作壓力下屬于不凝氣，所以與少量甲烷、乙烷及丙烷等組分共同送至燃料氣管網中，所以導致燃料氣管網中氮氣含量較高。

2016年5月，通過減少MTO裝置向反應器中通入的輸送、反吹及松動氮氣之后，長明燈的運行狀態有所好轉，熄滅的頻次相比之前減少了許多，及時出現熄滅情況，通過多次點火也能夠將長明燈點燃。

調整后的燃料氣組分如下：

表3 烯烴分離裝置燃料氣組成（裝置負荷105%）

4 優化火炬相關工藝操作，減少對長明燈燃燒的影響

(1)控制火炬燃燒器保護蒸汽流量，流量過大或過小都會影響火炬運行。在冬季時，流量過小，火炬燃燒器頂部或者內部會出現結冰現象。流量過大，火炬燃燒器頂部蒸汽冷凝量較大，容易滴落在點火器的高壓裸線上，會造成高壓裸線結冰短路。一般工業高架火炬控制在1.5t/h～2t/h即可。

(2)定期進行對火炬燃燒器頂部進行航空拍攝，觀察點火器、長明燈及個附件狀態是否良好，定期在夜晚用望遠鏡觀察長明燈燃燒狀態，檢測各長明燈火焰燃燒情況是否一致。

(3)定期對燃料氣組分進行全組分分析，檢查燃料氣組分中是否含有遇高溫結焦組分和其他雜質。

(4)定期清理燃料氣過濾器，防止雜質堵塞長明燈燒嘴。

(5)為了節省燃料氣使用量，達到節能降耗目的，可對長明燈進行分級控制，在正常生產時，保證一組長明燈常燃，將另一組長明燈的自動點火聯鎖投用，以達到安全環保節能的要求。

5 對火炬長明燈的整改意見

雖然通過調整MTO裝置向反應器中通入的輸送、反吹及松動氮氣量后長明燈運行狀態有所好轉，但是該公司現用長明燈氣源特性只適應惰性氣體含量小于20%，而調整后燃料氣組分中氮氣含量仍在22%～25%之間，燃料氣組分變化已經超出其適應范圍，所以長明燈耗氣量和耐候性勢必會受到影響，特別是穩定性和抗風雨性能。對此，可對現有型號長明燈進行升級改造，重新設計配風和燒嘴，將長明燈燒嘴開孔數量由原10個增加為14個，噴嘴開孔擴大20%，風門調小50%，以增加燒嘴燃料氣供給量，使其能夠適應燃料氣組分在C1-C4之間變化，氮氣在40%以下，能夠具備良好的魯棒性和火焰剛性，以保證長明燈的持續穩定燃燒。另外，在實際運行中也出現過高壓發生器短路、高壓裸線結冰后短路導致點火故障等問題，所以為了解決以上問題，建議新建火炬裝置可以考慮采用符合相關標準并且通過性能測試和驗證的一體式內點火方案，利用高能點火技術(2500V)取代傳統的高壓點火技術，內置式點火槍取代外置式點火槍，這樣可以達到節省掉分體式點火燃料氣管路、減少燃料氣消耗、降低環境對點火器的干擾等目的。

6 結語

綜上所述，為了保證安全環保零事故，火炬長明燈必須保證在任何工況和環境下都能夠被點燃和穩定持續燃燒，這就需要與時俱進，及時學習新技術，接觸新型產品，并且在工藝操作上和日常維護檢查上進行精益管理，這樣才能保證企業的安穩長滿優運行。

[1]乙烯裝置技術與運行[M]北京:中國石化出版社,2009年7月.

[2]王衛軍.節能型長明燈在火炬安全設施中的應用[J].石油化工安全技術,2002(4).

[3]曹晉宏.火炬長明燈的優化設計[J].太原理工大學,2014.