1、对乙烯厂多点式地面火炬安全性的探讨摘要：现代乙烯厂多建设在城市周边，对安全要求高。多点式地面火炬的安全性优于传统火炬，本文以某乙烯厂地面火炬为例，对它的安全性进行探讨。 关键词：长明灯 分级阀爆破针型阀 文丘里管点火器 中图分类号：Q946 文献标识码： A 一、多点式地面火炬简介： 某乙烯厂有烯烃、聚烯烃两套多点式地面火炬。其中，烯烃火炬主要处理乙烯装置、加氢装置等排放的高压火炬气。火炬主要由火炬气管网及分液罐、多级延伸管及火炬气烧嘴、长明灯及其点火设施、氮气吹扫及蒸汽消烟设施、防辐射墙及相应的公用工程组成。 装置排放的火炬气进入火炬气总管，经分液罐分离液相后，气相进入延伸管，以一定的流速从
2、若干数量的烧嘴泄放出来，经长明灯点燃，实现无烟燃烧。烯烃火炬分 19 级，共 850 支烧嘴，最大处理量为1670t/h。一只延伸管为一级，控制器根据火炬气泄放压力开启相应级数进行火炬缺泄放。每级配备有一定数量的长明灯，用以引燃排放的火炬气，长明灯内置有 HEI、FFG 点火器。前五级设置有蒸汽消烟设施，氮气补压及氮气吹扫设施确保火炬在正压下运行，并防止出现回火。 二、对火炬气分级排放的安全评价 （一）分级控制系统介绍 火炬气分级控制系统主要由延伸管及控制器组成。每只延伸管连接多支燃烧器提升管，提升管顶端设置有“蜘蛛形”燃烧器喷头。每个延伸管（或每行）主要配置 23 支长明灯、一个分级阀、一个
3、爆破针型阀、若干数量的烧嘴、及氮气吹扫设施（如下图） 。 火炬气泄放根据压力依次从第 1 级升至第 19 级。当压力 P10KPa，所有分级阀关闭，保持管网正压。当压力 10 P100KPa，第 1 级阀开启。当压力上升至 100KPa，第 2 级开启，若压力继续保持 100KPa，依次开启后续级数。若压力骤然升至 110KPa，同时开启前 10 级或后 9 级泄压，若压力升至 121KPa，爆破针型阀开启泄压。 （二）对火炬超压工况的安全评价 若火炬不能及时泄放装置排放的火炬气，会危及装置安全，造成严重后果。是否存在当装置排放量持续上升而火炬不能正常泄放的情况，下面就这一问题进行评价和探讨。
4、 1. 火炬管网容积大，不会出现压力骤升影响装置安全排放工况。火炬网管母管直径达 1.8 米，长度近 2000 米，总容积约 4600m3，相当于一个巨大的缓冲罐。乙烯装置排放火炬最大允许背压为 0.18Mpa，最大排放量为 1410 t/h（一循停水工况） 。由于火炬升级泄放压力为 100KPa，且第 1 级火炬从 10KPa 开始泄压，当装置大量排放时，由于管网工作泄放压力低，又经管网的缓冲作用，不会出现压力骤升现象。 2. 设置有大量泄放及爆破针型阀控制措施，不会出现影响装置安全排放工况。火炬气升级排放压力为 100KPa，每级响应时间为 7 秒，每打开一级，火炬气泄放量会增大。若出现升
5、级响应时间不能满足火炬气泄放要求，当压力升至 110KPa，会同时打开多级（前 10 级或后 9 级）排放以满足大量泄压要求。如果分级阀控制出现异常，不能打开泄压，当压力升至 121KPa，爆破针型阀（如右图）会打开以满足泄压要求。 （三）对火炬负压工况的安全评价 1. 设置有氮气补压设施可避免火炬管网形成负压，影响火炬安全运行。如果火炬管网形成负压，空气会进入火炬气管网而导致燃烧、爆炸事故发生。有两种情况可能会形成负压，一是装置排放低温气体或因节流出现负压，二是火炬排放量大于装置排火炬量。为防止火炬气管网出现低压，当管网压力较低时（0.5KPa） ，氮气补压设施自动投用，对管网补氮气充压，补
6、压至设置值（9KPa）停止。 2.氮气补压设施故障，可能使火炬气管网产生低压风险。当火炬气管网压力较低，氮气补压设施又不能正常补压时，则会产生风险。可采用以下两种措施进行紧急补压，一是通过装置向火炬管网补氮气、二是向火炬管网补充天然气防止出现低压。 三、对长明灯及点火器的安全评价 （一）长明灯及点火器介绍 每级延伸管配置有 23 支长明灯，以确保能及时引燃火炬头排放的火炬气。长明灯工作要求能够承受大风和大雨的袭击而无火焰损失。长明灯为空气预混型-文丘里氏管喉长明灯，如右图示。该长明灯配置有HEI 及 FFG 两种点火功能和用于检测长明灯工作状态的热电偶。 HEI 为高能电子打火，有手动、自动两
7、种点火方式，当内置于长明灯内的热电偶检测到温度小于设置值（177）时，长明灯熄灭，可进行HEI 点火，HEI 为主点火系统。FFG 为火焰前置点火器，它是利用混合的空气和燃料气混合后经管道传焰点燃长明灯，FFG 为备用点火系统。 （二）对长明灯工作稳定性的评估 长明灯为空气预混型-文丘里氏管喉长明灯，工作原理：快速通过文丘里管的燃料气在混合器周围形成负压，吸入空气形成预混合气体，火焰在长明灯罩稳定燃烧。根据实验，其火焰可以承受 55m/s 的飓风和150cmh 的特大暴雨。为保持长明灯正常运行，必须满足以条件。 1. 长明灯供料管线必须清洁，确保文丘里管不被异物堵塞。由于文丘里氏管喉管径很细小
8、（1 毫米） ，若被堵塞将影响供给量，致使长明灯不能点燃或火焰易熄灭。因此，必须在开工前彻底清洁长明灯线，在运行期间定期清洁过滤器。 2. 必须确保长明灯燃料气按设计的组分和压力供给，确保长明灯火焰有效。长明灯燃料气压力过多或过少都会影响长明灯正常工作（如图示） 。燃料气过多，火焰向上倾斜，火焰根部没有在灯罩内，易熄灭。燃料气过少，混合浓度不够、火焰小，易熄灭。因此必须保证燃料气按设计组分和压力供给，该长明灯使用天然气，要求保证压力为 0.105MPa。 （三）对点火系统工作稳定性的评估 该长明灯有 HEI 及 FFG 两种点火模式，长明灯与火炬升级控制联锁，如果长明灯熄灭不能及时点火，会影响
9、火炬气正常泄放。因此，长明灯一旦熄灭，要求立即点燃。下面分别对两种点火方式存在的问题进行探讨。 1. 部分 HEI 点火易失效，疑似受潮所致。HEI 主要由点火模块、连接导线、点火棒及控制器组成。如果长明灯温度过低，系统向点火模块发会工作指令，HEI 模块以每秒一个火炬的速度向火炬头提供电火花，点燃长明灯。在试用中，发现 HEI 故障频繁，主要原因是点火模块受潮所致，经干燥才能工作。 2. FFG 点火效果好，可满足多种工况点火。FFG 点火系统是由空气、燃料气（天然气）按一定的浓度配比（1：1）经电子打火引燃进行的传焰点火，产生的火焰热值高，点火效果好，可满足极端条件下的点火。主要由爆燃室、
10、点火器、火焰传输管线、FFG 选择阀组成（如右图） 。需要点火时，先打开仪表风阀、燃料气供给阀、FFG 选择阀，让火焰传输管线充满混合气体后，由点火器触发引燃产生火球点火长明灯。若 HEI 因故障或不具备点火条件时，FFG 具有很直接的效果。在测试中发现，使用前应确保管道内清洁，否则需要加大风量才能点火。 3. 热电偶升温、降温速度慢，导致点火泄后。在测试过程中，发现热电偶从着火点的 500下降到 177（熄灭点）时长超过 15 分钟。由于热电偶内置在长明灯灯罩中，灯罩降温慢致使热电偶降温慢。当现场长明灯熄灭，热电偶因降温慢不能迅速判断，导致点火滞后。可通过适当调高临界点，缩短点火泄后时间。
11、四、对其它工况的安全评价 （一）仪表风中断对火炬的影响 如果出现仪表风中断事件，会对火炬带来产生什么？火炬设施仪表风用户是气动阀门和 FFG 点火，一旦仪表风中断，气动阀门会失效，FFG无法工作。下面就此进行分析和评估。 1. 当仪表风中断，219 分级阀会开启，氮气补压阀开启。由于该阀门为气关阀，仪表风中断会使阀门分级阀门开启，导致管网内火炬气大量排空导致管网出现低压工况。然而同时氮气补压阀门会打开对系统进行补压，以维持系统正压。若出现此类整件，可根据情况关闭相应高级数分级阀前手阀，确保系统维持正压。 2. 当仪表风中断，FFG 会失效。由于 FFG 点火控制阀门为气动阀，该类阀门为气开阀门
12、，仪表风中断时会关闭，因此不能进行点火操作。另外，FFG 点火是用仪表风和燃料气以一定的配比进行的传焰点火，无仪表风不能进行爆燃气混合。 （二）长明灯燃料气中断对火炬的影响。 目前长明灯燃料气为厂外门站来天然气，结构单一，必须设置备用燃料气系统以应对天然气中断带来的影响。 1. 当长明灯燃料气压力低于预警值，应立即投用备用燃料气设施。长明灯燃料气低压力预警值为 0.15Mpa，应立即投用备用燃料气设施，并查明原因。必要时可采取切断其它天然气用户以满足火炬使用。 2. 若天然气中断时间过长，备用燃料气难以维持长明灯长时供给，可熄灭部分长明灯。若出现该极端工况，由于每级有 23 支长明灯，可采取每
13、级熄灭一支长明灯以维持火炬正常运行，该方法可保持备用燃料气供给时间延伸一倍。 （三）低温对火炬系统的影响。 火炬气管道设计不耐低温，不能承受-20以下的低温工况。SK 公司烯烃火炬曾发生过低于-40的低温工况，原因是乙烯装置异常排放所致。某乙烯地面火炬是否也出现极端低温工况，以后将对此进行专题分析 五、结束语 多点式地面火炬在国内是一项新技术，对它的安全、经济、稳定运行有待在运行中检验。对火炬安全性进行探讨，制定应急处理措施和预案，可以更好地处理类似事件。 六、参考文献 1. 鲁晓玲.安全仪表系统的功能安全评估研究D.北京：首都经贸大学，2008 2. 罗树林.火炬气回收预分离流程的探讨现代化工 ，2011 3. 徐阳阳.火炬气结焦性能及其动力学研究南京工业大学学报 ，2006
