開(kāi)放式地面火炬安全燃燒技術(shù)

開(kāi)放式地面火炬安全燃燒技術(shù)

在石油和化工行業(yè)發(fā)展是當(dāng)前新工業(yè)化的必要手段。它在土地集約、資源共享、工業(yè)合作和環(huán)境保護(hù)方面具有不可低估的優(yōu)勢(shì)。而作為試生產(chǎn)及緊急事故泄放系統(tǒng)必不可少的火炬系統(tǒng),也隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步不斷地改善著其燃燒的方式,力求做到完全燃燒的同時(shí)無(wú)光污染、無(wú)噪聲污染、無(wú)地下水污染,同時(shí)緩解土地供應(yīng)日益緊張的局面。于是封閉式地面火炬應(yīng)運(yùn)而生,其安全防護(hù)距離也隨之產(chǎn)生1岸廳的傳統(tǒng)過(guò)程和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.1地面燃燒系統(tǒng)帶壓火炬氣首先經(jīng)分液罐、水封罐后進(jìn)入排放氣集氣總管,為適應(yīng)不同工況和排放氣流量變化的要求,采用分級(jí)控制、分級(jí)燃燒。即根據(jù)正常排放、事故排放等不同情況分成N級(jí)燃燒系統(tǒng),每級(jí)燃燒系統(tǒng)管線(xiàn)上設(shè)置有級(jí)燃燒系統(tǒng)管線(xiàn)上分別設(shè)有氣動(dòng)切斷閥。當(dāng)排放氣量增大或事故狀態(tài)下第1至第N級(jí)管線(xiàn)上氣動(dòng)切斷閥相繼開(kāi)啟,各級(jí)燃燒系統(tǒng)上的地面燃燒器相繼投入工作,同時(shí)設(shè)置爆破片作為氣動(dòng)切斷閥的旁路以確保系統(tǒng)的可靠燃燒;氣動(dòng)切斷閥的啟閉信號(hào)來(lái)自于閥前集氣總管上的壓力信號(hào),其中前幾級(jí)的控制采用比例微分控制以減少相應(yīng)的滯后(圖1)。1.2主要結(jié)構(gòu)和燃燒特點(diǎn)1.2.1液體罐和水密封罐分液罐是開(kāi)放式地面火炬成功安全燃燒的前置條件,按有關(guān)國(guó)際和國(guó)內(nèi)規(guī)范1.2.2金屬?lài)鷻?。?jù)2,將燃燒一個(gè)空氣的證據(jù)分為3個(gè)基本思想,2金屬?lài)鷻谠陂_(kāi)放式地面火炬中起到了兩方面的作用。其一:防止地面火炬輻射熱的低空輻射。其二:為火炬氣的充分燃燒提供空氣。其三:削弱噪聲。因此金屬?lài)鷻诘脑O(shè)計(jì)為非透明型的,風(fēng)載荷符合當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件,地震負(fù)荷符合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件。圍欄底部被架空,以提供燃燒時(shí)提供足夠的空氣。同時(shí)可以通過(guò)在圍欄的支撐結(jié)構(gòu)上增加面板來(lái)屏蔽熱輻射。圍欄高度按火焰高度進(jìn)行設(shè)計(jì),充分考慮最大排量時(shí)中間區(qū)域因供氧不足而引起的火焰高度。1.2.3空氣與空氣混合燃燒按最大燃燒量設(shè)計(jì)的很多個(gè)多孔地面燃燒器成排排列,與其周?chē)姆垒椛浣饘賴(lài)鷻诠餐M成火炬燃燒區(qū)域,大股的火炬排放氣通過(guò)很多只地面燃燒器而分成許多小股,以利于排放氣與空氣混合,增加與空氣接觸面積,空氣與排放氣的混合主要是依靠排放氣自身的壓力和特殊結(jié)構(gòu)的地面燃燒器來(lái)完成,在設(shè)計(jì)合理、維護(hù)保養(yǎng)可靠的條件下可保證100%無(wú)煙燃燒。同時(shí)因?yàn)樵诘孛嫒紵?則無(wú)高架火炬所存在光污染與火雨。在排放器壓力不足時(shí),系統(tǒng)需要使用少量蒸汽,一般會(huì)在前幾級(jí)燃燒器中設(shè)計(jì)采用蒸汽助燃消煙,而其余燃燒器無(wú)需蒸汽。整個(gè)開(kāi)放式地面火炬基本不用蒸汽,因此在噪聲污染上有別于高架火炬帶來(lái)的聲污染。1.2.4點(diǎn)火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)長(zhǎng)明燈保持常燃,以便任何時(shí)刻有排放氣排放都能立即點(diǎn)燃,以確保系統(tǒng)燃燒安全。燈型設(shè)計(jì)可保證在惡劣環(huán)境下能夠可靠點(diǎn)火,火焰可抵御12級(jí)大風(fēng)及暴風(fēng)雨雪。點(diǎn)火系統(tǒng)具有火焰檢測(cè)和自動(dòng)點(diǎn)火功能。電點(diǎn)火器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、遙控、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)3種點(diǎn)火方式。2開(kāi)放式地面防護(hù)距離的確定開(kāi)放式地面火炬(圖2)在國(guó)內(nèi)還處在起步階段,科學(xué)、合理確定防護(hù)距離,既可以有效減輕事故的危害,也可充分利用有限的土地資源。石化項(xiàng)目防護(hù)距離主要依據(jù)衛(wèi)生防護(hù)距離和安全防護(hù)距離確定。衛(wèi)生防護(hù)距離是指在正常生產(chǎn)條件下,無(wú)組織排放的有害氣體從車(chē)間或單元的邊界擴(kuò)散至居住區(qū)邊界后,達(dá)到限制濃度所需的最小距離;安全防護(hù)距離主要是指在發(fā)生火災(zāi)、爆炸、泄露事故時(shí),防止和減少對(duì)人員傷亡、中毒、鄰近裝置和財(cái)產(chǎn)破壞所需的最小距離;因此開(kāi)放式地面防護(hù)距離確定的基本原則主要是:1.熱輻射的作用2.噪聲的危害3.完全燃燒后的排放濃度4.節(jié)約用地。其中熱輻射作用是其中最關(guān)鍵的因素。2.1燃燒及熱設(shè)計(jì)api-rp521燃燒產(chǎn)生的熱輻射會(huì)對(duì)人和設(shè)備造成損害,更甚的可能會(huì)使周邊設(shè)施泄漏出來(lái)的燃燒源達(dá)到一定的爆炸能量。而此程度取決于熱輻射強(qiáng)度,熱輻射的不同強(qiáng)度可造成的損害如表1所示。根據(jù)國(guó)家規(guī)定對(duì)于地面火炬,以火焰的燃燒性質(zhì)作為設(shè)計(jì)主要考慮的內(nèi)容,在A(yíng)PI-RP521式中:D—火焰中心點(diǎn)到目標(biāo)物體的最小距離,m;τ—傳送的熱輻射因數(shù);F—接受的熱輻射因數(shù);Q—熱排放(低熱值),kW;K—允許的輻射值,kW/m同時(shí)API也強(qiáng)調(diào)必須結(jié)合實(shí)際的模擬計(jì)算,現(xiàn)在國(guó)外已有相應(yīng)的軟件對(duì)此進(jìn)行模擬計(jì)算。以寧波禾元化學(xué)有限公司180萬(wàn)t甲醇制烯烴為例,開(kāi)放式地面火炬最大排放處理量為1066t/h,設(shè)計(jì)防輻射墻高度為15m,模擬計(jì)算得0m層、15m層及垂直面的熱輻射圖(因業(yè)主單位及設(shè)計(jì)單位要求這些圖保密暫不提供)。從模擬計(jì)算圖來(lái)看,在15m層以下,防輻射墻外的輻射熱低于國(guó)家規(guī)定的1.58kW/m2.2蒸汽對(duì)火炬的噪聲影響火炬燃燒產(chǎn)生的噪聲主要來(lái)源于火炬的燃燒器與周?chē)諝庀嗷旌系膰娚錃怏w、消煙媒介以及相關(guān)的混合、燃燒。高架火炬為改善燃燒狀況、減少黑煙產(chǎn)生,會(huì)在火炬頭處注入蒸汽或強(qiáng)制鼓風(fēng),從而大大增加了火炬的噪音,在其最大量排放時(shí)方圓幾千米似乎置身于飛機(jī)場(chǎng)之中。地面火炬系統(tǒng)的排放在設(shè)計(jì)上可以實(shí)現(xiàn)分級(jí)控制。在排放壓力不足時(shí),系統(tǒng)需要使用少量蒸汽,一般只在前幾級(jí)燃燒器中設(shè)計(jì)采用蒸汽助燃消煙,而其余燃燒器無(wú)需蒸汽。因此其噪聲將大大低于高架火炬,以寧波禾元化學(xué)地面火炬為例,對(duì)其噪聲進(jìn)行了計(jì)算分布圖(因業(yè)主單位及設(shè)計(jì)單位要求該圖需要保密)。由模擬圖得0m層距防輻射墻約10m外,其噪聲低于85db2.3開(kāi)放式地面火炬主要采用乙烯和天然氣的領(lǐng)域燃燒后的有害氣體濃度是開(kāi)放式地面火炬在設(shè)計(jì)中必須考慮的問(wèn)題,因此目前開(kāi)放式地面火炬基本上都用乙烯和天然氣的領(lǐng)域。寧波禾元化學(xué)有限公司180萬(wàn)t甲醇制烯烴去火炬處理組份主要為乙烯、丙烯、甲醇?xì)?、丙烷?這些物質(zhì)在其完全燃燒后的組份為CO2.3.1提高混合率,確保長(zhǎng)明燈供給抵御外界的不確定因素,比如臺(tái)風(fēng)、暴雨、大雪,保證流量發(fā)生巨大變化條件下廢氣的穩(wěn)定性。(1)正確設(shè)計(jì)火嘴系統(tǒng)。尤其重要的是從燃燒區(qū)獲得足夠的機(jī)械動(dòng)能來(lái)提高混合率;(2)可靠的多個(gè)長(zhǎng)明燈設(shè)置。入口壓力高,長(zhǎng)明燈明采用了引射技術(shù)火焰,可抵御12級(jí)大風(fēng)及暴風(fēng)雨雪;(3)火嘴離地面有較大的高度差,同時(shí)整個(gè)燃燒區(qū)設(shè)置良好的排水系統(tǒng),以確保暴雨時(shí)不受淹;(4)穩(wěn)定可靠的自動(dòng)檢測(cè)、控制、聯(lián)鎖系統(tǒng);(5)多種點(diǎn)火方式,同時(shí)還設(shè)計(jì)有備用點(diǎn)火系統(tǒng)。2.3.2地面火炬的環(huán)保性能(1)燃燒器與防輻射金屬?lài)鷻谥g相隔一定的距離以保證圍欄頂部有足夠的空氣進(jìn)入燃燒區(qū)域;(2)每排燃燒器相距一定距離;(3)向上直燒的方式增加熱的對(duì)流和自然通風(fēng);(4)燃燒器利用廢氣壓力促使空氣與廢氣充分混合;(5)架空的金屬?lài)鷻诳杀ＷC地面火炬四周的自然通風(fēng);(6)考慮斷電時(shí)有煙燃燒情況下可將備用空氣送到系統(tǒng)中。2.3.3燃燒壓力和流量控制多級(jí)燃燒控制系統(tǒng)以減少火炬系統(tǒng)的瞬時(shí)排放量,使得排放燃?xì)獾膲毫土髁靠刂圃谌紵鞯淖罴沿?fù)荷范圍內(nèi);設(shè)置爆破片作為氣動(dòng)切斷閥的旁路以確保系統(tǒng)的可靠燃燒。3火炬氣調(diào)與電視監(jiān)測(cè)(1)根據(jù)國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)開(kāi)放式地面火炬的應(yīng)用是可行的