空氣消煙在火炬中的成功應用

何 敏

（江蘇中圣高科技產業有限公司，江蘇南京 211112）

在石油化工工業迅猛發展的今天，煉油、化工、塑料、制藥等石化及后衍生產裝置更加呈現出生產規模擴大、聯建聯產和公用工程集中供應的特點。由于這些裝置的規模化和相互連帶關系，在日常運行、開停車工況特別是停電、停水、停氣等突發事故發生時，裝置將排放出較大量的排放氣。為保證生產裝置的系統穩定和安全，這些大量的排放氣不能通過常規的存儲或熱能轉化進行回收利用，常規安全的做法是將排放氣體通過火炬氣管網送到火炬去燃燒處理。火炬系統的設置需要兼顧穩定生產、安全和環保三大作用。如圖1所示。

圖1 火炬排放冒黑煙的現象

大型的煉油、石化及相關產業項目的規模越來越大，生產裝置在開停工或事故工況下泄放的火炬氣量也越來越大，導致火炬的規模越來越大，火炬頭的直徑越來越大，對火炬安全穩定的燃燒要求也越來越高。按照石化規范[1]重組分的火炬氣在火炬系統中通常都會經過火炬氣分液罐將液滴直徑大于600μm的成分分離出來，防止火炬燃燒下火雨。由于一般火炬氣的泄放溫度都比較高，在事故排放過程中，重組分來不及冷凝下來就已經去火炬頭燃燒處理，根據燃燒原理，這些重組分的火炬氣的燃燒都需要大量的空氣，如果來不及供給足夠的空氣，火炬頭就會冒黑煙或下火雨，所以為保證重組分的火炬氣安全穩定的燃燒，通常會從火炬氣的燃燒特性、火炬頭的結構形式、消煙的方式等因素對火炬氣的燃燒進行選擇性的改進，對應的處理方法有音速及亞音速火炬的研究、消煙介質注入火炬頭方式的研究、空氣（蒸汽或燃料氣）的消煙介質的研究等。

1 提出空氣消煙的課題

在大型煤化工項目中，MTO裝置及PP、PE裝置的泄放氣通常為分子量較大的烴類火炬氣。隨著煤化工項目的規模越來越大，烴類火炬筒體的直徑也較大，無法兼顧烴類火炬系統小流量工況下的穩定燃燒，導致經常發生的燜燒情況。為避免該種情況，將小流量火炬氣引出，單獨作為小流量火炬系統處理。一般煤化工項目中的酸性氣火炬的處理量較小，且酸性氣熱值低，不易燃燒，需要額外添加伴燒燃料氣，工程上常將大火炬系統的小流量氣切換進入酸性火炬頭，一方面確保了小流量工況的完全燃燒，另一方面也為低熱值不易燃燒的酸性火炬氣提供助燃氣維持燃燒的溫度場。

但如果沒有任何消煙措施，酸性氣火炬氣中的含硫成分及小流量的烴類火炬氣在酸性氣火炬頭燃燒會發生燃燒不充分的冒煙現象。2011年某項目的全廠火炬的酸性氣火炬在運行過程中就發生過此類現象。火炬作為處理各個裝置泄放廢氣的安全通道，安全、高效、穩定的燃燒是關鍵，不完全燃燒導致冒黑煙的現象會給周圍環境及工廠居民的生存空間帶來威脅，為企業的社會名譽帶來不良的影響。

由于酸性氣一般含有H2S等的酸性氣體，不適宜使用通常的蒸汽消煙方式，酸性火炬氣中的H2S，一旦與水結合，形成的弱酸會對火炬頭的材質（SS310）造成嚴重的腐蝕，損害火炬頭的使用壽命。這種情況下，根據實際情況創造性地提出了在不能利用蒸汽消煙或者沒有蒸汽條件的場所，采用高壓壓縮空氣代替蒸汽對火炬頭燃燒進行消煙。在火炬頭上增加了壓縮空氣消煙措施的設計，通入火炬頭的壓縮空氣管道配備了調節閥組，根據控制室排放監控，手動調節壓縮空氣流量，達到消除黑煙的目的。

2 關鍵技術和疑難問題

燃燒過程是涉及到流動（湍流）、傳熱、傳質、化學反應在內的復雜的物理化學過程。火炬頭的設計對理論分析和試驗手段的要求均很高。蒸汽消煙是利用蒸汽引射卷吸空氣及高溫分解水分子得到氧氣來給火炬氣燃燒增加含氧量。空氣消煙是直接利用空氣引射空氣及本身的氧含量給火炬氣的燃燒增加含氧量。

在出現某項目的酸性氣火炬頭冒黑煙的問題后，考慮到其是不能用蒸汽消煙的場合，創造性地利用壓縮空氣強制引射空氣助燃，火炬頭的結構形式獨創，成功地解決了壓縮空氣消煙的難題。

采用壓縮空氣對火炬的冒煙情況進行消煙選取的空氣的壓力不宜低于0.7MPaG，消煙所需的壓縮空氣的耗氣量G（kg/h）可按如下公式[1]進行計算：

k：比例系數，取值為1.2～2；

qcm：排放氣體中碳氫化合物的質量流量kg/h；

MC：排放氣體中碳氫化合物的平均分子量。

2.1 空氣消煙的應用

某項目通過實際改造，驗證了壓縮空氣的消煙效果，取得了良好的經濟效益和社會效益，為業主解決了難題。在隨后的多個煤化工及煉油項目中空氣消煙在的酸性氣火炬系統中得到成功的應用。如圖2所示。

圖2 典型壓縮空氣消煙流程示意圖

利用火炬系統處理工業廢氣是目前很多企業保證節能環保的重要方式，因為火炬氣的成分復雜多變，有很多火炬氣的組分是不能與水蒸氣混合的，例如產生結晶、腐蝕、低溫介質等問題，或者在寒冷地區、在沙漠或者海洋平臺上，蒸汽條件不能滿足，但空氣是無限的，不受場地限制。在火炬系統中利用空氣消煙代替蒸汽消煙，既能解決火炬冒煙的環境問題，也能給業主節省投資，為企業的綠色環保帶來更大的發展空間。如圖3所示。

2.2 經濟和社會效益

目前某項目改造后已經投產7a，應用壓縮空氣代替蒸汽消煙的改造方法每年為業主節省了大量的水和蒸汽，也減少了蒸汽系統的檢驗和維修工作，為企業帶來巨大的經濟效益。

圖3 酸性氣火炬成功改造的消煙案例

以該項目為例，1.1MPa（G）的低壓蒸汽成本約為90～120元/t，0.6MPa（G）的壓縮空氣的成本約為0.1元/m3，常燃小火炬需要蒸汽消煙的量為27794kg/h，壓縮空氣的量為蒸汽的1.2倍～2倍，折合成體積量約為4984m3/h，相比之下，每小時節省的成本是27.794×100-4984×0.1=2281元。長期運行下來，能夠為企業節省很大的火炬運行費用。

3 結束語

利用壓縮空氣消煙不僅為企業帶來客觀的經濟效益，而且在不能用蒸汽消煙的場合，利用壓縮空氣消煙解決了火炬燃燒冒黑煙的問題，也能解決企業的環保難題，為環境保護做出巨大的貢獻。