炼油火炬及火炬气回收设施运行总结及操作优化

火炬及火炬气回收设施运行总结及系统优化
杨黎峰申元鹏
(中国石油四川石化有限责任公司成都彭州611930)
摘要:本文介绍了中国石油四川石化有限责任公司炼油区火炬及火炬气回收设施工艺流程，总结了首次开车来的运行情况及运行过程中存在问题的改造措施，并对进一步降低运行成本，注重环境保护提出了优化方案。

关键词:火炬；火炬气回收；压缩机；火炬气
火炬及火炬气回收设施是炼化企业储运系统的重要组成部分，它的作用主要有两个方面：一是作为全厂安全生产的最后一道安全屏障，满足各工艺装置开车、停车及事故状态下火炬气安全排放的要求；二是满足各工艺装置在正常生产时安全阀和泄压阀小流量泄漏、计划小修火炬气正常排放以及燃料气、氢气系统过剩时排放气体的回收。

据不完全统计，2008年国内炼油企业中，低压瓦斯排放量达到21512t，最高占全厂综合加工损失的22%。

因此，开好火炬及火炬气回收设施，回收火炬气作为燃料是炼厂一项重要节能降耗措施。

1 系统概况：
中国石油四川石化炼油区独立配套的火炬及火炬气回收设施分火炬气回收单元、火炬单元。

火炬单元根据各装置排放量、排放压力和排放介质不同，分为高压火炬（管网最高压力0.4MPaG）、低压火炬（管网最高压力0.1MPaG）、酸性气火炬系统。

各系统分别设置分液罐、水封阀组、水封罐及火炬头等设施。

高、低压火炬设施是为满足炼油区各装置开、停车、事故状态等非正常工况火炬气大量排放时高点安全燃烧的设施；酸性气火炬设施是硫磺回收联合装置专用的酸性气安全泄放措施。

火炬气回收是用于满足炼油区多套工艺装置在正常生产时安全阀和泄压阀小流量泄漏、装置生产波动中火炬气正常排放量时回收排放瓦斯气，回收气体经压缩机升压后送催化装置脱硫后并入全厂燃料气管网作为燃料。

1.1 火炬单元
火炬设施为捆绑式共塔架敷设，火炬筒体结构为可拆卸式，火炬总高155m。

高、低压火炬（DN1400）和酸性气火炬（DN500）共架安装，同时在塔架上预留一个烃类火炬的安装位置，减少了占地面积，便于集中管理和维护。

火炬头设速度密封器、配消烟系统和点火系统。

火炬配高空点火器11套，地面点火器1套，长明灯11套；火炬点火系统可在现场操
作也可中控室DCS操作管理。

高压、低压及酸性气火炬系统的排放装置及排参数见附表1-1，高、低及酸性气火炬的原则流程见附图1-1~1-3。

图1-1 低压火炬系统流程图
图1-2 高压火炬系统流程图
图1-3酸性气火炬系统流程图
表１-１火炬各工艺排放装置设计参数
火炬系统排放装置
排放管道火炬
管道背压设计流量直径筒体直径火炬头直径
高压火炬渣油加氢
0.4 304491 DN1300 DN1400 DN1400 蜡油加氢
柴油加氢●
气体分馏
对二甲苯芳烃联合
低压火炬常减压
0.1 227656 DN1700 DN1400 DN1400 蜡油加氢
柴油加氢
催化联合
对二甲苯芳烃联合●
芳烃抽提
硫磺回收
艾尔普制氢
酸性气火炬硫磺回收0.05 17969 DN500 DN500 DN500 注：带●为该系统的最大排放装置。

1.2 火炬气回收单元
为最大限度地回收利用炼油区正常生产过程中排放的可燃气体，达到节约能源、降低成本、保护环境的目的，本系统采用气柜-压缩机火炬气回收工艺。

装置或系统由于生产不平衡或其它原因造成的气体泄放（不包括酸性气）由火炬气回收设施进行回收。

高、低压两个水封阀组根据实际情况选择回收状态的水封高度，使排放气体压力低于水封压力而高于气柜的操作压力，得以排入气柜通过压缩机回收脱硫后进入全厂燃料气管网。

图1-4是火炬气回收设施原则流程。

1.2.1 气柜
气柜是火炬气回收最主要的设备之一，本气柜选用橡胶膜密封干式气柜，容积：20000m3、外直径：34377mm、总高：33900mm、侧板高：28500mm 、储气压力：3KPa 橡胶密封膜:丁氰橡胶+PVC结构。

1.2.2 压缩机
本系统配备三台湿式螺杆式压缩机，吸气能力1800Nm3/h的2台、3600Nm3/h的1台，用于将进入气柜的火炬气输送至脱硫装置脱硫。

高压火炬
高压火炬酸性气火炬至低压火炬头
至高压火炬头至酸性气火炬头
图１-４ 火炬及火炬气回收设施流程图
2 运行情况
２.１火炬排放工艺联锁安全可靠
为保证各工艺装置在事故状态下大量放空时能够安全、及时点燃放空气体，避免火炬气直接对大气无燃烧排放，同时，安全、快速切除火炬气回收设施，确保气柜安全运行，该系统科学合理地设置了火炬排放联锁和火炬气回收联锁。

联锁条件及联锁动作关系见表2-1。

表2-1 火炬系统联锁条件及联锁动作关系图
联锁类型
联锁引发条件
联锁值 联锁动作情况
高、低压火炬
高压火炬总管压力 ≥12Kpa 同时进行以下动作：
1、关闭气柜根部入口阀门，切出气柜；
2、打开高、低压水封阀组排水阀门；
3、关闭高、低压水封阀组上水阀门；
4、关闭高、低火炬总管至气柜支线阀门；
5、高、低压火炬点火器分别自动点火两次。

高压火炬总管温度
≥65℃ 高、低压火炬总管流量之和 ≥45000Nm 3
/h 低压火炬总管压力 ≥12Kpa 低压火炬总管温度 ≥65℃ 火炬气回收
气柜高度
≥20.4米 气柜压力
≥4Kpa
＜1Kpa
同时进行以下动作：
1、停火炬气回收在运压缩机；
2、打开压缩机出口返入口阀门。

气柜高度
＜2米
2. 2 点火系统安全可靠
（1）为避免燃料气带液对长明灯、点火器点火影响，燃料气均采用天然气。

燃料气线上设置了分液罐，分液罐出口设置了过滤器。

通过以上措施，有效避免了介质带液，确保了点火系统安全可靠。

（2）长明灯在建设安装期间没对风门进行合理调试，运行初期长明灯抗风性差，出现
频繁熄灭点火。

点火器点火寿命约为10万次，点火器安装在150米火炬塔架上，如出现问题维修环境特殊难度大，给全厂安全生产带来非常大的安全隐患。

为解决该问题，全厂开工初期，单独排出工期在150米塔架上搭设脚手架对长明灯风门进行了调试，保证了长明灯的抗风性。

（3）定期对点火系统进行调试，确保点火系统的功能可靠。

要求每周对自动点火、远程手动点火、现场就地点火进行测试，每月对地面爆燃点火进行测试。

每次测试情况建立台账管理。

（4）定期对长明灯、高空点火器、地面爆燃点火引火管进行贯通，确保管线畅通，提高点火可靠性。

2.3火炬头运行安全可靠
火炬气回收期间，火炬头要有足够量的分子密封介质确保空气不进入火炬筒体，在火炬排放时避免出现闪爆等安全事故。

该火炬头的密封介质为氮气，通过限流孔板有效控制了密封介质的量，保证了密封效果。

火炬排放期间，火炬头需及时调整中心管、提升和消烟蒸汽，保证火炬头不超温损坏，燃烧不冒黑烟避免环境二次污染。

对三路蒸汽的管理，一方面加强管路暖管和输水管理，紧急投用不出现水击损坏蒸汽管路及火炬塔架；另一方面，在大量排放期间要求操作人员根据排放量、排放介质、火炬头温度及燃烧情况及时调整三路蒸汽，避免出现超温损坏火炬头，确保火炬头长周期运行。

2.4 凝液外送泵改造
事故状态下排放的火炬气组分较为复杂，其中可能含有重质油、固体催化剂、施工焊渣及铁锈等,在排放过程中带入分液罐。

分液罐凝液外送泵选型为磁力泵，生产过程中发现磁力泵故障较为频繁，主要原因为输送介质清洁度不能满足磁力泵需要。

经与设计单位沟通，计划更改为对介质适应能力更强的离心泵，确保火炬事故带液排放时能及时外送凝液，不出现下火雨损坏火炬。

2. 5 酸性气火炬凝液系统改造
运行初期，酸性气连续排放期间，火炬现场恶臭气体浓度较高，出现环境污染事件。

现场检测分析恶臭气体组成主要为H2S、NH3，酸性气火炬水封罐溢流水夹带的H2S、NH3从溢流管破虹吸口、含硫污水池溢出。

后经设计改造，解决了该问题。

图3-1改造前的流程图
改造前酸性气火炬排放期间，水封罐溢流水夹带的H2S、NH3从破虹吸口及含硫污水池泄漏至大气，导致现场恶臭，出现环境污染。

图3-2改造后的流程图
改造方案：一是将破虹吸口的气体引入酸性气水封罐内形成密闭系统，避免恶臭气体通过充破虹吸口直接溢出排向大气；二是，增加含硫污水罐，将溢流口排出的含硫污水进行密闭收集，通过泵送往下游酸性水汽提装置。

避免恶臭气体通过敞口的含硫污水池溢出直接排向大气，改造投入运行至今该问题得到彻底解决。

2.6 解决压缩机入口过滤器堵塞
据了解，同类系统火炬气压缩机入口过滤器堵塞问题频繁；同时，气柜带液量大导致气囊腐蚀现象严重。

为避免类此问题出现，气柜入口增加了两台过滤面积550m3，过滤精度20um的过滤器，一开一备保证进入气柜火炬气清洁度。

运行至今，压缩机入口滤器堵塞和气柜带液问题得到了很好的解决。

3 优化方案
3.1 优化火炬排放管理
炼油区火炬系统首次开工运行至今存在的问题是火炬气无法实现完全回收，火炬气进入火炬头燃烧排放。

该问题一方面增加了全厂加工损失，另一方面在燃烧排放过程中出现环境污染。

超量排放主要原因有：
（1）全厂氢气平稳困难，调节不及时，过量的氢气排入低压火炬管网；
（2）天然气制氢装置所产生的合成气，下游装置在停工期间，无法利用直接排火炬；
（3）各工艺装置火炬排放无法监控，不利于优化火炬排放及回收管理；
针对以上问题的优化方案如下：
（1）调度室根据耗氢装置的负荷调整及时调整天然气制氢装置的运行负荷，优化全厂氢气平衡，确保氢气富余量尽可能低；
（2）天然气制氢装置富裕氢气改至电厂锅炉做燃料；
（3）新增天然气制氢装置合成气改至电厂锅炉做燃料；
（4）各工艺装置火炬出装置界区安装流量计，加强各工艺装置的排放管理。

通过以上优化，火炬排放总量由之前的15000~25000 Nm3/h降低至3000~6000Nm3/h，达到了压缩机的最大回收能力。

3.2 火炬气脱硫单元处理能力增加
回收单元三台压缩机最大回收能力为7200Nm3/h（设计考虑两开一备的最大处理能力为5400Nm3/h），火炬气脱硫装置设计最大处理能力为3200 Nm3/h。

通过优化流程，加强排放管理，火炬排放量降至3000~6000Nm3/h，压缩机基本能实现完全回收，但超出了脱硫单元的最大处理能力。

目前仍不能实现火炬气完全回收，熄灭火炬头。

为尽可能回收炼厂排放的火炬气消灭火炬天灯，火炬气脱硫单元需扩能到7200Nm3/h，与现有三台压缩机的最大回收能力匹配。

经过初步预算，一次性投资500万元。

运行费用：电费50万元/年，循环水等消耗费用20万元/年。

年多回收瓦斯气量约为1156×104Nm3，能增加回收利润6740万元。

年多产效益6670万元。

3.3 气柜入口阀门改造
火炬及火炬气回收设施联锁工况分两种，一种回收工况，高低压火炬排放气完全进入气柜，火炬头熄灭；另一种排放工况，气柜联锁切除，火炬气全部排向火炬头燃烧。

实际运行过程中，火炬管网排放量高于最大回收量，低于火炬排放联锁量。

生产上只能是在排放燃烧的过程中同时进行火炬气回收。

气柜回收量不能通过水封阀组来调节，只能通过气柜入口蝶阀根据气柜高度手动调节。

该调节非常频繁劳动强度大，且存在安全隐患。

为
解决该问题，同时减少火炬联锁启动火炬单元水、电、蒸汽和燃料气等公用工程消耗，气柜入口联锁阀计划改为程控阀。

3.4 火炬排放联锁优化
原设计高、低压火炬联锁方案在火炬气回收期间，长明灯处于常燃状态，排放的火炬气通过水封阀组封闭由火炬气回收设施回收利用。

长明灯燃料气消耗量约为60Nm3/h，每年燃料气消耗量约为50.4×103Nm3。

可通过优化高、低压火炬联锁方案，消灭火炬长明灯实现节能降耗减少炼厂废气排放。

高、低压火炬联锁方案优化如下：
1）摘除现有点火逻辑上长明灯温度＜100℃时高、低压火炬均自动点火。

2）火炬总管温度、压力、流量联锁测量点由一取一改为二取一，提高测量可靠性，确保排放时点火系统能即时点火。

3）火炬长明灯供气阀门挂至火炬排放联锁，当火炬排放结束复位至火炬气回收状态时，联锁自动关闭长明灯供气阀门。

4）新增一套火炬头硬线点火系统，火炬头点火器故障时可直接放电点燃火炬头。

4 结论
综上所述，中国石油四川石化炼油区火炬及火炬气回收设施2013年5月投入运行至今，通过工艺流程完善，生产管理优化实现了安全、环保和绿色运行，为各工艺装置提供了安全保障。

通过系统优化可实现火炬气完全回收，提高资源利用率，全年为公司节能降耗增加经济效益约6770万元。

5 参考文献
[1] 钟湘生，陈文武.火炬系统的优化操作[J].生产与环境，2010，10（4）： 30-33.
[2] 屈威,刘亚贤.炼油厂火炬配置的探讨[J].石油化工安全环保技术,2013.29（1）：55-58.
[3] 冯斌,刘华林.火炬气回收系统的优化改造[J].炼油技术工程 ,2014.44（1）：57-60.。