大型乙烯项目火炬系统的设计与研究

大型乙烯项目火炬系统的设计与研究
卓铭浩
【期刊名称】《《化工设计通讯》》
【年(卷),期】2019(045)010
【总页数】2页(P83-83,112)
【关键词】乙烯项目; 火炬系统; 设计; 研究
【作者】卓铭浩
【作者单位】中国石化工程建设有限公司北京 100101
【正文语种】中文
【中图分类】TQ221.211
火炬系统作为化工厂紧急事故下的安全措施，其设计质量直接影响到石化企业的安全。

本文以某在建大型乙烯项目为背景，对火炬系统设计过程中系统的划分、管网的水力计算、火炬设施的配置等进行分析和研究。

提出使用连续燃烧小火炬的方案，解决大口径火炬处理小量排放可燃气困难的问题。

并优化火炬设施的配置关系，达到检修灵活的目的。

1 火炬系统划分
为了满足全厂各装置的安全排放，需要收集详细的排放条件。

分析不同事故工况下的排放特点，进行安全和经济对比后分类归划火炬系统。

本项目主要装置规模见表1。

表1 本项目中各主要装置名称序号装置名称序号装置名称1 80万t/a蒸汽裂解
装置 7 20万t/a聚丙烯装置2 55万t/a裂解汽油加氢装置 8 10万t/a热朔性弹
性体装置3 35万t/a芳烃抽提装置 9 30万t/a乙烯-醋酸乙烯装置4 13万t/a丁二烯装置 10 环氧丙烷及双氧水装置（缓建）510/70万t/a环氧乙烷/乙二醇装置11 中间罐区6 60万吨/年苯乙烯装置 12 乙烯低温罐
火炬系统的划分依据SH/T 3009—2013《石油化工可燃气体排放系统设计规范》，按照装置的排放压力、组分、回收情况和开停工等综合因素考虑[1]。

如有特殊装置排放条件可另行处理。

本项目中环氧乙烷/乙二醇装置的高压排放气
中氧含量较高。

为了防止氧气爆炸，不允许该股气体排入火炬系统。

本项目火炬系统划分见表2。

2 火炬系统的水力计算
2.1 水力计算步骤
为了节省投资和避免过度设计，需要准确的管网水力计算。

本文采用Aspen Flare Net火炬管网水力计算软件进行模拟。

将系统中同一事故工况下各装置排放量的1+30%与两套不同装置最大单点排放量对比，取最大体积流量值进行计算[1]。

取加权平均温度、加权平均分子量为水力
计算参数。

取各装置排放最高温度和系统可能出现的正、负压力值为管道的设计条件。

采用GB 150.3—2011进行外圆筒壁厚抗负压校核，根据管道设计条件初步
计算火炬管道壁厚。

根据管道设计条件和壁厚，并使用CEASAR Ⅱ计算最大补偿
距离。

根据全厂总图和管道补偿个数计算管线当量长度。

将以上参数结合Aspen Flare Net Net进行管网水力计算，获得系统各排放管道的具体尺寸。

表2 乙烯项目火炬系统划分序号系统名称装置名称排放特性1 烯烃高压火炬系
统蒸汽裂解装置、裂解汽油加氢装置、芳烃抽提装置、丁二烯装置、中间罐区可燃气体排放允许背压较高，连续小量排放的气体热值高，可进行回收处理2 化工高
压火炬系统聚丙烯装置、苯乙烯装置排放气体组份中含有氮气较多，热值利用价
值低。

且含粉尘等颗粒物，易结焦聚集3 低压火炬系统蒸汽裂解装置、裂解汽油
加氢装置、芳烃抽提装置、丁二烯装置可燃气体排放压力较低且含氮气量较高间断排量温度约-100℃，含有醋酸乙烯具有一定的腐蚀性，管材需要耐腐蚀的不锈钢
5 低温火4 酸性气火炬系统乙烯-醋酸乙烯装置炬系统乙烯低温罐排放气体温度
较低。

需要耐低温的不锈钢材质
2.2 火炬系统的水力计算
本项目采用Aspen Flare Net软件进行管网的稳态水力计算。

从火炬头开始反算
至各装置的排放点，要求计算出的系统背压必须小于各装置的最大允许背压，否则调整管径至满足要求。

通过模拟，获得烯烃高压火炬系统中主管及分支管的具体尺寸，满足各装置背压不超过最大允许排放背压要求。

3 火炬设施的配置
火炬设施主要包括：分液罐、水封罐、火炬头等火炬设施设备。

其尺寸和规格严格按照SH/T 3009—2013《石油化工可燃气体排放系统设计规范》相关要求进行设计[1]。

3.1 设置连续燃烧小火炬
根据以往经验，全厂停水、停电等事故大量排放的概率极低，无规则小量排放很频繁。

本项目增设一个小型连续燃烧火炬头，用来集中处理几个系统的无规则小量排放火炬气。

实现降低大火炬头的使用频率和小火炬平稳燃烧的目的。

连续小火炬的设计处理量根据各装置小量排放情况确定，且要配备蒸汽，满足100%无烟燃烧的要求。

需要分别从烯烃高压、化工高压和低压火炬分液罐后引出分支管线至小火炬水封罐。

同时，增加各系统水封罐的背压（水封高度），水封高度依据分支管路节点至小火炬头的背压确定。

由于各系统水封高度都有增加，当大量事故排放时会增加系统的
背压。

因此，火炬系统的整体背压要考虑此部分附加值。

为防止大排量事故时造成小火炬的流速和噪音过大，需要在各入口分支管路上加装压控阀，取压点需设在小火炬水封罐出口管线上。

3.2 火炬系统和设施的优化
本项目乙烯-醋酸乙烯装置的火炬气排放属于全厂停水、停电的事故工况。

乙烯低
温罐的火炬排放属于物料进出、大气压降和调节阀失灵等组合工况。

两者不属于同一事故工况，且管道材质（304SS）相同，最大允许背压也相近。

可将两条火炬系统合并，系统背压同时满足两者的排放要求。

水份罐作为防止火炬回火的有效措施，低温火炬气容易造成水封液的冻堵。

由于低温罐至火炬区距离较远，火炬气排至火炬边界处时已温升接近0℃。

水封罐可增设蒸汽喷射措施来预防水封液的冻堵。

3.3 设置备用火炬管线
本项目低压火炬和低温火炬头规格相同，低温火炬排至火炬设施处时温度已在碳钢接受范围。

在火炬检修时，可将低压火炬和低温火炬互为备用。

烯烃高压和化工高压火炬检修不同步，可将中间罐区的火炬管线跨接至化工高压火炬系统，作为检修时的备用手段。

本项目火炬设施的配置如图1所示。

图1 各系统火炬设施配置图
4 结束语
由于乙烯项目装置的规模大型化和排放工况复杂，火炬系统的划分需要依据装置的具体排放条件。

合理地划分火炬系统有利于装置的安全排放，并能够节省投资。

火炬系统管网的水力计算，需要结合装置的排放温度、压力、壁厚和补偿方式。

准确计算管道当量长度，并结合专业软件ASPEN FLARE NET获得更具体的管网尺寸。

火炬设施通过设置连续燃烧小火炬，有效处理各系统中无规则小排量火炬气防止大
火炬头的闷烧和降低检修频率。

通过设置跨线等方式，将规格和类型相近的火炬作为检修期间的备用火炬。

参考文献
【相关文献】
[1] SH3009—2013，石油化工可燃性气体排放系统设计规范[S].。