高架火炬和地面火炬

火炬类型包括高架火炬和地面火炬,从处理能力、燃烧效率、环境保护及公用工程消耗等方面比较,地面火炬有其明显的优势。

如果对地面火炬在事故状况下的燃烧控制、尾气处理、防辐射、降噪等技术环节进行进一步调整改进,它将成为石化装置火炬系统未来发展的主要选项。

设置火炬的目的和作用在石油化学工业迅猛发展的今天,炼油、化工、塑料等石化及后衍生产装置更加呈现出生产规模扩大、联建联产和公用工程集中供应的特点。

火炬是石油化工企业必设的安全环保系统,用于处理装置事故停车或超压排放的有毒有害介质。

本文从新建高架火炬系统的工艺改进出发,介绍了高架火炬系统的改造原因,阐述了火炬工艺流程布局、火炬塔架选型、阻火设备、系统凝液的回收等方面的改造情况。

通过工艺和设备的改进以及安全环保的全面考虑,消除了火炬运行中的隐患,为企业的安全平稳发展提供了保证。

一．火炬装置配置及功能
整套火炬装置包括燃烧器、分子封、阻火器、水封系统、分液罐、吹扫系统、点火系统、控制检测系统等。

燃烧器材质选用不锈钢，配置长明灯。

水封系统包括水封槽和辅助槽，与分子封一样，可确保可燃气体因压力波动引起的回火爆炸事故；分液罐可有效去除天然气、煤层气中含有的液体颗粒，杜绝“火雨”现象的发生；吹扫系统是在每次间断放空前后火炬装置重新投入运行必备的安全保障手段；控制检测系统具有自动点火、自动吹扫、各种危险状况自动保护和压力检测、火焰检测等功能，最终通过PLC控制实现整套装置的安全运行。

二、技术特点
1、自动点火火炬由自动控制柜控制外部阀组及高能点火设备等进行自动点火。

2、自动柜内的PLC及智能数显控制仪可将各种气体系统压力变送器送来的4~20毫安管压信号分为上、下限进行控制（其限值可在运行中随时在线通过手操器重新整定）。

3、通过自动柜内PLC的程序，保证下列控制功能：
1）管压超过上限时，发出声光报警信号，经延时（此延时可由PLC上的0号继电器进行调整）管压仍超上限以上时，即开始自动进行管道吹扫及点火，并
通蒸汽引风混合完全燃烧。

点火时，放散蝶阀的开度是分级打开的，但可据甲方要求级数在3~7级中设定。

2）点火燃烧过程中，系统压力降到下限，自动关放空阀，停止放空4、系统有下列声光信号：
1）自动柜上由闪光报警器进行下列声光显示：
①系统正常工作光显。

②管压超限声光信号。

③点火声光信号。

④PLC故障声光信号。

⑤点火失败声光信号。

⑥火焰监测反馈信号。

2）自动柜上还有管压即时值、上限整定值以及放空蝶阀开度值的的数值显示。

3）手动柜上还有点火，点火阀未关的声光信号。

5、自动柜上的手动按钮可进行自动放散、开放散阀，关放散阀，开汽，关汽，关点火阀的操作，还可进行闪光报警器试灯，消声操作。

6、手动执行柜上的按钮可对外部执行部件进行开关阀，点火，开关汽，开关点火阀的单项操作，还可进行闪光报警器试灯，消声操作。

7、自动控制柜应安装于有人值班的仪表室，手动执行柜可安装于火炬附近的室内，管压变送器按工艺要求位置安装，其4~20毫安信号可按就近原则送到自动柜。

点火器箱可设于火炬管下，也可设于火炬中部平台上，以减少高压电缆长度，节约投资。

8、主要技术措施
1）高能点火装置：激发点火时先通过高能点火器使点火杆打火，然后再打开放空阀的执行机构，点着放空气。

2）高压电缆：本身耐高温、高压，敷设采用多层防护，保证在恶劣的环境下正常工作而不被烧坏。

3）引风混风器是使放空气点火后完全燃烧的装置，使气体流速加大，并能混风引风使放空气充分燃烧，使其达到环保要求。

9、环保效果及指标
1）高空燃烧能将天然气、煤层气中可燃烧的有毒、有害气体充分燃烧，以二氧化碳和水的形式排入大气，从而减少了污染，净化了排放气体。

, 2）燃烧后的火焰检测，林格曼黑度≤1级，符合GB16297—1996《大气污染物综合排放标准》中的规定值。

地面火炬
说明：地面火炬有多种尺寸及形状，但都要符合需要在低处完成燃烧与排放的基本要求。

在偏僻地区曾经采用地面开放式燃烧，在人口稠密地区现今采用无焰无烟的地面燃烧塔，此一趋向引导到根据炉体设计，须遮蔽燃烧状况，避免搅扰近邻环境。

燃烧气常含有碳氢化合物，可能无须额外能量就产生多烟的火焰，KENTEX/ITAS分段方式燃烧器的设计，可以利用废气之压力(依燃烧嘴吸入足够完全燃烧之空气以抑制黑烟)以及强制送空气或蒸气，以克服废气压力太低情况。

点火方式有底部点火与侧面点火两种，视地上燃烧塔之设计与形状条件，此外需另外考虑燃烧气之品质问题而选定点火方式。

燃烧塔之多支燃烧嘴以分段方式固定于每一个岐管之放气阀门为非自动式者，保持常开状态，全部燃烧嘴均在同一燃烧室内燃烧，形成火焰之循环与混合，造成较短之火焰，可以达成均匀之燃烧分布于燃烧室内。

地面火炬是一种极为有效的封闭式废气焚烧系统。

地面火炬具有如下特点：
(1)火炬向四周扩散的热辐射较小，封闭体外的热辐射值能低于1．6kW ／m2，可以减少防护区的面积。

(2)检修方便，除封闭体较高外，其余的设施均在地面上。

(3)最大限度地减少了对周围环境的空气污染、光污染和噪声污染，提高了火炬操作的安全性。

(4)占地面积少，地面火炬由于燃烧发生在地面，不会发生火雨，主要依据辐射热计算确定防火间距。

众所周知，天然气、石油化工等企业许多生产装置在生产过程中或开停车状
态下或在火灾、停电、停水事故状态下都会产生大量无法利用而必须排出的可燃气体。

这些废弃的可燃火炬气目前一般可采用高架火炬或地面火炬方式来处理。

但高架火炬在安全和环保方面存在如下问题：
噪音大
高架火炬由于火炬气出口速度较快，其燃烧所产生的噪音是无法避免的。

同时为改善燃烧状况、减少黑烟产生，需在火炬头处注入蒸汽或强制鼓风，这又进一步使火炬的噪音增大。

尤其在生产装置大量排放或事故排放时，地面噪音高达90分贝以上，并且是很难消除的。

热辐射强度大
高架火炬在放空燃烧时，火炬头处所产生巨大火焰造成的热辐射对高架火炬附近的工作人员及设备有很大的影响。

1.
燃烧不完全
燃烧时冒烟：火炬无法保证将大量的废气瞬间完全燃烧而形成黑烟，特别是在事故排放时更加严重，对环境大气产生严重污染；高架火炬的消烟措施，如注入蒸汽、强制鼓风，仅能满足部分火炬气处理的需要（如要满足全负荷处理的需要，会导致公用系统及为庞大，投资浪费），无法保证大量火炬气在瞬间内完全燃烧，从而形成黑烟，尤其是在事故紧急排放时情况更加严重，对环境产生严重的污染。

2.
火焰光污染
高架火炬在事故放空时产生的巨大火焰，有时还会夹杂滚滚浓烟，会使人产生极大的恐慌感，尤其对附近的居民有很大的影响。

3.
火炬点火困难
火炬头点火器处于百十米的高空，容易被风吹熄，其燃烧稳定性相对较差，对高架火炬的安全放空有很大的影响。

4.
处理负荷范围小
高架火炬比较适合某一特定的工况，不能适应较大的负荷范围。

在正常排放量时高架火炬可满足处理的要求，但在处理小排量废气时，高架火炬无法保证其能够正常燃烧，完全分解。

5.
较高的运行费用
高架火炬在正常运行时，为保证废气的正常燃烧和完全分解，常常使用注入蒸汽或强制鼓风等手段，需要消耗大量的蒸汽或电力，运行费用较高。

6.维护困难
高架火炬高处的火炬头及长明灯给维护带来极大的不便。

由此可见，采用高架火炬方式对火炬气进行处理存在着诸多缺点，它们不但对环境大气造成污染，同时存在诸多安全隐患。

7．占地面积大
根据国家有关规范，高架火炬防火间距必须大于90米。

正是由于高架火炬具有上述缺点，因此高架火炬一般建在离厂区较远而且人口稀少的地方，尤其不适于建造在人口密集、环境质量要求高的场合。

针对上述问题，开发了一种新型的无烟、低噪音、环保型地面火炬设施。

封闭式地面火炬设施由地面燃烧炉、地面燃烧炉支柱、地面燃烧器、防风墙、分级燃烧系统以及长明灯自动点火装置所组成。

火炬气的燃烧是在圆柱形地面燃烧炉的本体内完成。

燃烧过程完全封闭，外界看不见火光，没有光污染，低热辐射。

圆柱形地面燃烧炉的外壳用碳钢制成，内衬有轻质耐火耐高温陶瓷纤维毯。

陶瓷纤维的耐火度大于1790℃，可持续使用在1200℃的环境中，不受下雨或筒体内部温度急速变化的影响，同时具有良好的吸音降噪特性。

在防风墙内铺设鹅卵石，增加地面管道抗热辐射的能力。

圆柱形地面燃烧炉内设有一定数量的、特殊结构的地面燃烧器。

地面燃烧器采用梅花形多孔结构，可将大股火炬气分成许多小股，以利其和空气的混合，增加和空气的接触面积，达到无烟燃烧。

空气与火炬气的混合主要是依靠火炬气自身的压力和特殊设计的燃烧器来完成。

梅花形多孔燃烧器在圆柱形地面燃烧炉内呈几何均匀布置，以充分利用空
气。

燃烧器由耐热不锈钢材料制成，以保证其长寿命。

圆柱形地面燃烧炉外围设有防风墙，可防止炉体底部侧风对地面燃烧过程的影响。

防风墙为钢筋混凝土结构，墙内衬有轻质耐火耐高温陶瓷纤维毯，可最大限度地降噪和防止热辐射外漏，同地又可有效阻止操作人员进入地面火炬的高温区域。

圆柱形地面燃烧炉内设有若干长明灯，长明灯保持常燃，以便任何时刻有火炬气排放都能及时点燃，以确保系统的绝对安全。

长明灯配设自动点火装置，即当长明灯由于外界因素熄灭时，可自动将长明灯重新点燃，以确保地面火炬点火的可靠性。

为适应不同工况和火炬气流量变化的要求，地面火炬设施采用分级燃烧、自动分级控制。

即根据排放量大小、事故排放等不同情况将地面燃烧器分成若干组而形成多级燃烧系统。

每级燃烧系统通过火炬气的压力来控制，利用紧闭切断蝶阀的开关来达到分级燃烧的目的，通过使用防爆膜旁路以确保安全。

在多级燃烧系统中，只有第一级燃烧系统常开，当火炬气压力足够大从而可以保证地面燃烧器的热负荷，获得很好的消烟效果时后续几级地面燃烧器才会自动逐级打开，以适应不同的排放流量。

从生产装置排出的火炬气进入地面火炬设施的集气总管后首先通过第一级燃烧器喷出并被长明灯的火焰引燃。

如果火炬气量较大，第二级燃烧系统及以后各级燃烧系统上的压力控制阀会分别开启并参与燃烧。

高温热烟气在拔力作用下，从圆柱形地面燃烧炉顶部排出。

燃烧区域由于拔力的作用形成负压，外界空气能够自动从圆柱形地面燃烧炉底部源源不断地进入燃烧区域内，保证火炬气燃烧。

进入圆柱形地面燃烧炉的空气一部分与均匀分布的、特殊结构的地面燃烧器相配合，使火炬气与空气达到最佳混合，从而实现无烟燃烧；另一部分多余空气与烟气混合，可有效降低排烟温度，减少烟气对周围环境的热辐射能力。

由于火炬气的燃烧火焰及燃烧区域均封闭在圆柱形地面燃烧炉和防风墙内，从而避免燃烧时的火焰外泄。

因此从防风墙外看不见火光，感觉不到热辐射。

此外，防风墙和圆柱形地面燃烧炉内壁均衬有轻质耐火耐高温陶瓷纤维毯，
该材料本身具有良好的吸音降噪特性，因此火炬气的燃烧过程看成是在一个性能良好的消音器内进行，运行噪音非常低。

由此可见，地面火炬设施具有下列技术特点：
1.自动分级燃烧控制，具有良好的流量适应性；
2.分级控制，并设爆破片旁路以确保排放安全；
3.燃烧安全，无回火；
4.全流量范围内的无烟燃烧；
5.无光污染、无热辐射及低噪音；
6.运行费用低；。