大型化肥厂火炬系统设计方法
时间：2021-02-02 20:08:15 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要 本文简要介绍了火炬系统的概况，主要介绍了目前大规模的化肥厂设置火炬系统的注意事项。
关键词 事故火炬 开工火炬 合成气 酸性气
１、概述
火炬是用来处理石油化工厂、炼油厂、化工厂及其它工厂或装置无法收集和再加工的可燃和可燃有毒气体及蒸气的特殊燃烧设施，是保证工厂安全生产、减少环境污染的一项重要措施。处理的办法是设法将可燃和可燃有毒气体及蒸气转变为不可燃的惰性气体，将有害、有臭、有毒物质转化为无害、无臭、无毒物质然后排空。
２、火炬的主要作用
火炬系统由火炬气排放管网和火炬装置（简称火炬）组成。一般来说，各生产装置或生产单元的火炬支干管汇人火炬气总管，通过总管将火炬气送到火炬。
火炬的主要作用为：
（1）安全输送和燃烧处理装置正常生产情况下排放出的易燃易爆气体。
（2）处理装置试车、开车、停车时产出的易燃易爆气体。
（3）作为装置紧急事故时的安全措施。
3、化肥厂火炬排放气的特点
化肥厂的流程主要包括空分、煤气化、变换及热回收、脱硫、合成（包括天然气合成、甲醇合成、氨合成）以及罐区等装置。各个工段排放的火炬气汇总至火炬管网后，送火炬头燃烧。
3.1 气化单元
对于整个装置而言，一般煤气化单元将原料煤与氧气反应生成合成气（水煤气），处于气源位置，此处的排放气具有以下特点：（1）一般情况下，气化合成气事故排放时，排放气流量是全厂最大的排放点；（2）由于气化开停车阶段需要系统升压和减压，在此过程中产生的合成气都排放至火炬系统，由于系统温度和压力的变化，导致开停车阶段的排放气的含水量一直发生变化；（3）受到单台气化炉规格及产气量的限制，对于大型的化肥装置，需要设置多套气化炉系统。受到烧嘴及耐火砖使用寿命的限制，每台气化炉会在60～90天内进行一次停车检修，因此煤气化装置的气化炉台数如果很多，会频繁开停车；（4）煤气化装置排放的粗合成气在单台气化炉开车、停车时，气量较小，而在全厂事故或者气化系统事故排放时，各台在线运行的气化炉的合成气同时排放，气量很大。这两种工况下的合成气排放量差别较大；（5）气化排放的合成气经过洗涤塔后排放，经洗涤后，合成气含水量较高，一般都达到饱和状态；
3.2 变换及热回收单元
变换及热回收工段负责回收热量及洗涤合成气中的氨，会产生一股含氨的不凝气排放至火炬系统，因为此股气体中还含有二氧化碳等气体，如果排放温度低于75℃，就会生成碳铵结晶。
3.3 净化单元
合成气经过净化工段脱除杂质硫化氢，富含硫化氢的酸性气送至硫回收单元回收硫磺副产品。在事故时，酸性气排放至火炬系统。
目前合成气净化多采用低温甲醇洗技术，甲醇在低温时对硫化氢和二氧化碳的吸收率大大增加，利用这一特点，脱除合成气中的杂质硫化氢。但是，需要提供冷量来使循环的甲醇降温。一般采用冰机压缩制冷工艺，利用液态的丙烯或者氨蒸发来提供冷量。在火炬等事故工况下，系统超压安全阀泄放时，会有氨或者丙烯排放至火炬系统。
4、化肥厂火炬装置设计
对于化肥厂而言，随着装置的大规模化，处理的气量越来越大，多设置高架火炬。根据当地的气候及风向等特点，选择合适的火炬位置，火炬界区距离周围装置的安全距离一般不小于90m。
根据化肥厂排放气的特点，除火炬规范要求之外，需要考虑如下几个方面：
（1）对于大型的煤化工装置，事故泄放时所有合成气全部泄放至火炬系统，是单套系统开停车的几倍。针对煤气化排放气量差别较大的特点，在设计高架火炬时，分别设置开工火炬和事故火炬，开工火炬头规格较小，而事故火炬头的规格要保证处理最大气量。在气化炉正常开、停车阶段，由于只有单套的合成气量，排放至开工火炬头进行燃烧后排放；在事故时，所有在线运行的气化炉的合成气全部排放，这时排入事故火炬燃烧后放空。
（2）对于气化排放的合成气，由于含有大量的水蒸气，在排放结束后，管道内会残留合成气，当温度降低时，合成气中的水蒸气会迅速冷凝为液态，导致整个火炬管道变为负压，项目建设地点的环境温度越低，负压程度也越高。产生负压的火炬排放管道设计时需要考虑负压工况，防止管道抽瘪；另外，为了防止这种负压工况，可以增加紧急补充氮气的管道，当检测到火炬管线排放结束时，从火炬总管的源头补充进去大量的氮气，用于把管道内残留的合成气替换出去。
（3）对于变换装置的含氨不凝气，为了防止由于温度降低时会形成铵盐结晶，此管道需要做水夹套伴热至火炬界区。此股不凝气如果与其它的酸性气火炬、开工火炬或者事故火炬合并，由于其余的火炬都是间断排放，而此股不凝气为连续排放，会使得气体倒串入火炬总管，而且会导致爬上塔架的火炬筒体内容易形成铵盐结晶。因此，此含氨不凝气管道宜单独设置，采用水夹套伴热并爬上高架火炬，至火炬头的位置，再斜着喷入火炬头中燃烧后放空，这样可以有效防止此股气体的铵盐结晶。
针对此股不凝气，如果化肥厂设有锅炉房，此股气体可以送至锅炉房燃烧，这样可以节省火炬系统的投资。
（4）自净化或者硫回收单元事故排放的酸性气管道，由于含有硫化氢的浓度较高，需要单独设置酸性气火炬，这样能更好的燃烧并保护环境。
（5）对于冰机系统，如果采用丙烯压缩制冷，虽然丙烯事故排放量不大，但是由于丙烯的热值比较高，如果化肥厂的规模不大，往往此股丙烯气的热值会大于气化泄放的合成气的热值，这样在计算火炬高度时，其决定因素就是丙烯排放气，而不是合成气。如果全厂还有很多烯烃装置，单独设置有烯烃火炬，则此股丙烯气可直接排放至烯烃火炬燃烧后放空。
如果采用氨压缩制冷，当事故排放时，需要单独设置烧氨火炬。因为氨不容易点燃，需要的引燃温度较高，需用燃料气伴烧，因此烧氨火炬须单独设置。
5、结语
针对化肥厂各个不同装置排放气的特点，需要在设置火炬时根据实际的工况进行分析，设置合理的火炬系统，使得事故或者开停车阶段排放的有毒、可燃的气体都能完全燃烧，转化为无害、无臭、无毒物质然后排空，这样才能更好的保护我们周围的环境。
（身份证号： 132336198103210837）
参考文献
[1] HG/T20570.12-95 火炬系统设置
[2] SH3009-2001 石油化工企业燃料气系统和可燃性气体排放系统设计规范
