火炬系统的优化操作

健康和

环境

生产与环境

编辑倪桂才

火炬系统的优化操作

钟湘生

陈文武

（中国石化青岛炼油化工有限责任公司，山东青岛266500）

摘要：介绍了青岛炼化公司火炬系统概况，公司从提高火炬排放安全性、保证足够的火降低火炬气排放量、

炬气回收能力等方面开展了工作，并对存在问题提出改进建议。

关键词：火炬系统；点火系统；优化操作；火炬气；回收对于炼油厂来说，火炬系统的意义主要有两个方面：一是作为炼油厂的最后一道安全屏障，满足各工艺装置开停电、停仪表风等事故状态下火炬气安全排放的要停车、

求；二是满足各工艺装置在正常生产时安全阀和泄压阀小流量泄漏、计划中小修火炬气正常排放以及燃料气、氢气系统过剩时排放气体的回收。事故状态下，能够稳定燃烧并不造成憋压是火炬系统的基本要求；正常生产时，能够完全回收火炬气，消灭火炬长明灯是工厂降低加工损耗、精细化管理的需要。据不完全统计，2008年国内炼油企业全年中，低压瓦斯排放最高占全厂综合加工损失的22%，排放量达到21512t 。因此，做好火炬及火炬气回收系统操作具有重要意义。1火炬系统概况1.1工艺流程

青岛炼化公司全厂放空系统分为3个管网，分别对应3个火炬头。高压放空管网（DN 1000）单独对应一套分液罐、水封罐和1#主火炬头，接受来自加氢处理反应部分、气体分馏装置和氢气管网压控的放空气体。低压放空管网(由一条DN 1400和一条DN 1100管线在分液罐前汇合) 对应一套分液罐、水封罐和2#主火炬头，接受来自除以上部分以外其他14套工艺装置、储运系统、燃料气压控等的放空气体；其中DN 1100管线接受来自催化裂化和焦化装置的放空气体。酸性气火炬为一个独立的系统，对应酸性气水封分液罐和3火炬头，接受硫磺联合装置紧急情况

#

高压放空系统在进入分液罐之前，引出一条DN700支线经阀2、阀3进入20000m 3气柜进行火炬气回收；低压放空系统两条管线在进入分液罐之前，各引出一条DN700支线，汇合后经阀1、阀3进入20000m 3气柜进行火炬气回收。为防止放空系统管网形成负压，设计从火炬气压缩机出口管线（DN 200）引出放空管网补压线(DN150), 在高、低压放空管线进入火炬气凝液罐之前经阀4、阀5进行补压，保证两个放空系统管网压力不低于2kPa 。

在正常生产时，火炬气回收系统启用，高、低压放空系统水封罐的水封高度为1000mm ，火炬处于熄灭状态，装置正常排放或阀门内漏的瓦斯气进入气柜，经压缩机压缩至1.1M Pa 后送至干气脱硫装置。在装置开停工或事故状态下，水封罐泄水封阀组联锁打开，水封高度降至固定水封400mm ，同时联锁关闭阀1或阀2，并启动高空自动点火系统点燃火炬长明灯，实现放空气体安全排放。当压力、温度检测信号满足正常工况设定条件时，水封高度重新提高到1000mm ，开始进行火炬气回收。高、低压火炬系统流程示意如图1所示。

图1火炬系统流程示意

收稿日期：2009-12-16

作者简介:钟湘生，高级工程师，现在青岛炼化公司生产技术管理部从事生产管理工作。

下的放空酸性气。

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1.2火炬概况

公司共设3座火炬，DN 1400主火炬2座，DN 700酸火炬高150m ，为捆绑式共塔架敷设，塔架结性火炬1座，

构为全焊接，火炬塔架顶部设火炬头检修平台。

1#、2#火炬头下部设流体密封装置；火炬配消烟系统；

火炬配高空点火器12套，地面点火器1套，长明灯12套；火炬设施用电由界区外统一供给；火炬点火系统可在现场火炬设计参数见由I/O站及界区外中控室DCS 操作管理。

表1，其中，最大允许压降是指最大排放量时火炬筒入口至火炬头出口的压力降。

表1火炬设计参数

设计能力/(t·h -1)

温度/℃26050

平均分子量

37.131.6

最大允许压降/kPa

≤25≤8

1#、2#火炬3#酸性气火炬2降低火炬气排放量

660（单套）

50

公司实际加工原油重于设计原油，燃料气产量较大，生产中主要采用适时调整开工锅炉负荷，调整催化、焦化装置处理量，调整催化装置反应温度等手段实现燃料气平衡。通过适时调整制氢、重整、加氢处理、柴油加氢等临氢生产装置负荷实现氢气平衡。3提高火炬排放安全性3.1设定可靠的工艺联锁

为保证装置事故状态大量放空时，火炬系统能够安全、及时点燃放空气体，保护气柜，公司对火炬系统的工艺联锁进行了科学合理的设定。火炬系统联锁条件及联锁动作关系，如表3所示。3.2提高点火系统可靠性

a ）解决燃料气带液问题。火炬长明灯、高空点火器所用燃料气为全厂燃料气管网的末端，而且燃料气耗量较小，因此火炬部分燃料气中带液较为严重，影响点火的成功率。根据现场情况，在燃料气过滤器底部增加一DN 15跨线至火炬分液罐前，平时保持该跨线阀门开1/3，使燃料气中带液进入火炬分液罐，有效解决了燃料气的带液问题，提高了点火的成功率。

b ）解决高压发生器受潮问题。开工初期，火炬高空点火器多次发生因高压发生器受潮不能打火而点不燃长明灯的情况。在每个高压发生器外增加一密封良好的防潮箱，保证了高压发生器的正常工作。

c ）定期进行点火系统试运。规定每天夜班对所有长明灯进行试点，并对发现的问题进行记录，要求点火一次成功率达到80%以上。

d ）定期进行燃料气管线贯通、吹扫。每周对长明灯、高空点火器、爆鸣管用蒸汽或氮气进行贯通吹扫一次，保证管线畅通，提高点火可靠性。3.3保证火炬头运行安全

火炬头的安全、长周期运行，要保证以下两点。a ）火炬气回收时，要保证流体密封氮气量足够而且连续[1]，防止因空气进入火炬筒体与可燃气体混合后达到爆炸极限，遇明火后在火炬头处发生闪爆，影响火炬头的长周期运行[2]。按照有关标准要求，吹扫气体的流量应能

2.1实现装置火炬气有序排放

消灭火炬长明灯，关键在于从源头抓起，控制好装置气体排放。青岛炼化公司优化全厂操作，基本实现了控制全厂火炬气排放量3000～3500m 3/h，火炬压缩机（回收能力1800m 3/h·台）开1台的目标。生产调度及时掌握各装置的火炬气排放情况，对可能排放的阀门在DCS 上监控阀门开启时间；同时加强对火炬气体的组成分析，及时对可能排放瓦斯的装置进行排查，实现了装置火炬气的有序排放。例如，某天的火炬气组成见表2，根据分析结果很快确定为加氢装置安全阀内漏，采取措施后放空量减少约800m 3/h。

表2

组分氢气甲烷乙烷乙烯丙烷丙烯异丁烷正丁烷丁烯—1异丁烯

火炬气组成体积分数

组分1，3-丁二烯异戊烷正戊烷异戊烯顺二戊烯氧气碳六氮气硫化氢

%组成0.261.891.600.040.050.070.612.70.22

组成69.399.712.540.332.722.211.523.820.140.13

2.2优化装置瓦斯排放流程

对部分装置中可以不排入火炬系统的瓦斯气优化流程，直接加以利用，从源头上减少火炬气流量。例如：将连续重整装置脱异戊烷塔顶瓦斯气由排火炬改为去制氢转化炉做燃料，减少火炬气约350m 3/h；将溶剂再生装置闪蒸气体由排火炬改为直接去焚烧炉燃烧，减少火炬气约180m 3/h等。

2.3做好燃料气、氢气系统平衡

优化全厂燃料气管网、氢气管网操作，抓好燃料气、氢氢气向火炬系统放空，降低火炬气平衡，杜绝管网燃料气、气回收系统的负荷。燃料气平衡是炼油厂生产难点之一，

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保持离火炬筒体顶端7.6m 处的氧含量在排放烷烃时不超过6%（体积分数），而排放氢气时不超过3%（体积分。对于高架火炬系统采用分子密封或流体密封时，通数）

常要求吹扫气在火炬出口有不小于0.03～0.06m/s的向放空气体氢气含量高等因上气体流速[3]。考虑海边风大、

素，取吹扫气体速度为0.06m/s，则每个火炬头流体封需要的最小氮气量为332.3m 3/h,才能有效防止空气进入火联锁类型高压火炬联锁

联锁引发条件3个压力测点中的任一个排放介质温度

加氢处理装置放空联锁启动

低压火炬联锁

3个压力测点中的任一个排放介质温度

≥10kPa ≥65℃联锁值≥10kPa ≥65℃

炬筒体。

b ）火炬气放空时，保证足够的提升蒸汽、消烟蒸汽和中心蒸汽量，防止火炬头温度过高造成损坏。在放空量较小（＜3×103m 3/h）和放空气体中氢含量较高时，更要注意“焖烧”而损坏。开大提升蒸汽流量，防止火炬头因3.4进行定期维护工作

为保证火炬安全操作，火炬系统需进行定期工作，如表4。

表3火炬系统联锁条件与联锁动作

联锁动作

同时进行以下动作：①阀2关闭

②1#水封罐撤水封阀打开③1#火炬自动点火程序启动同时进行以下动作：①阀2关闭

②1#水封罐撤水封阀打开③1#火炬自动点火程序启动

酸性气火炬联锁气柜安全联锁

气柜压力气柜压力气柜高度气柜高度

≥3.5kPa ≤1.0kPa ≥21m ≤2m

酸性气放空流量

≥2500m 3/h

风机风门自动打开1/4，联锁启动鼓风机，此时需将风机旁路，并根据火炬头烟雾情况手动遥控助燃风流量①气柜入口总阀阀3联锁关闭

②若气柜压力≤1.0kPa 或气柜高度≤2m 时，气柜入口总阀阀3关闭，压缩机联锁停机，同时联锁打开压缩机出口返气柜阀门

表4火炬定期维护工作项目及频次

项目

试运3#火炬鼓风机燃料气排液联锁仪表调校长明灯试点

长明灯、高空点火器、爆鸣管贯通吹扫

长明灯、高空点火器、爆鸣管贯通排凝

酸性气火炬水封罐换水

每次换水2h ，冬季换水后应吹扫泵出口至酸性水汽提装置的管线，放净泵体内存水

4保证足够回收能力4.1加强对火炬压缩机的特护

公司火炬气设计正常回收量为3600m 3/h，最大回收量为5400m 3/h，设容积为20000m 3干式气柜一座，配置吸气能力为1800m 3/h的两级压缩螺杆压缩机3台。因介质不洁净和压缩机制造质量等问题，压缩机操作维护难度较大。加强对该压缩机的“机、电、仪、管、操”五位一体的特护管理，使火炬压缩机的完好率达到81%。据统计，开工8

夏季1次/月；冬季1次/季

个月以来，公司火炬气压缩机共回收放空瓦斯气1.73×104t ，降低全厂综合加工损失约0.31%。4.2利用系统流程回收火炬气

a ）利用常顶压缩机通过该压缩机入口放火炬管线对火炬气进行回收，回收量约为1500m 3/h，相当于增加了气常减压装置放空管线是进入低压放柜压缩机的回收能力。

空系统的，为防止常顶压缩机回收时造成放空系统抽负压而出现火炬回火事故，利用该流程回收瓦斯时要求低压瓦

无积液

1次/周

每档试运0.5h 无液体动作正常

长明灯各种点火方式均能点燃管线畅通

内容

频次1次/周1次/2h 1次/月1次/天1次/周

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斯入气柜阀门及气柜根部总阀保持全开，2#火炬水封罐水封高度≥600mm 。

b ）结合火炬压缩机的现状，在火炬压缩机出口管线上增加到催化装置气压机级间及焦化装置气压机级间的流程，作为特殊情况下回收火炬气、保证火炬压缩机长周期运行的备用手段。4.3增设火炬气压缩机

火炬压缩机应该具备相对充裕的回收能力，将增强火炬气回收装置的操作弹性，从根本上解决全厂的瓦斯平衡问题。经过调研，选择一套流量为3877m 3/h，出口压力为1.1M Pa 的2台串联操作螺杆压缩机能够满足生产需求。5存在问题及对策5.1水封罐结构缺陷

为防止火炬出现回火事故，建议水封罐选择以下方案进行改造。

a ）增大水封罐的体积，或者在现有基础上每个水封罐并联一个新的水封罐。并降低固定水封高度至200～300mm ，在保证足够有效水封量的同时，降低火炬排放时的噪声。

b ）增大水封罐补水阀组的补水能力。根据现场操作情况，建议补水线改为补水阀DN100，补水副线阀DN40, 两条管线均安装控制阀，以实现远程控制。

c ）实践表明：气体大量放空时，水封罐水封侧内存水全部被带到沉降侧，通过沉降侧泄水水封外排。此时，若上游装置出现极端工况，如加氢装置紧急泄压，突然关闭泄压阀，则因水封侧已没有有效水封，可能造成回火事故。建议加高水封罐沉降侧泄水倒U 型管，将该U 型管顶部抬排放过程中保持撤水阀常开，这样当高至罐底以上1.5m 。

出现以上极端工况时，水封罐沉降侧的存水可以通过撤水阀压回至水封侧，迅速建立有效水封，以满足任何工况下火炬进水管充水高度大于3m 要求。5.2加氢装置紧急泄压

对火炬系统来讲，加氢处理、柴油加氢装置紧急泄压是一种极端工况。其主要特点是放空气体中氢气含量高（体积分数＞90%），放空量大，停止排放时阀门突然关闭（关阀时间约为20s ）, 容易造成火炬系统发生回火事故。为保证加氢装置紧急泄压时火炬系统的安全运行，建议：①加氢装置出现紧急泄压情况，应首先打开火炬系统补压线进行补压，另外在关闭紧急泄压阀前，应先打开加氢装置的排放控制阀进行补压，以防火炬放空系统出现负压，造成回火事故；②将加氢装置紧急泄压阀改为快开缓关型式，防止突然关阀时因“气锤”现象引起管网负压造成回火。5.3生产装置无火炬气流量计

为进一步及时掌握各生产装置火炬气的排放情况，真正实现装置火炬气排放的有序进行，出现问题及时处理，建议各生产装置增设火炬气排放流量计，生产调度对火炬气的排放量进行检查、考核。据有关介绍，在火炬气管线上

宜选取超声波流量计[4]。5.4火炬头“焖烧”

建议在高、低压火炬水封罐和分液罐之间各自引出一条DN350～DN500管线，并入酸性气火炬（DN700）水封罐高、低压火炬小流量放空（＜3×103m 3/h）时，之前。这样，

利用新增管线，将放空气体放入酸性气火炬进行燃烧，防止小流量气体在大火炬头上燃烧产生的“焖烧”现象，延长应全面考虑流程改造后放空系火炬头的使用寿命。同时，统联锁逻辑的设置。

5.5压缩机入口过滤器堵塞频繁

共因压缩机入口过滤器堵塞据统计，开工8个月来，停机31次，给安全生产及压缩机长周期运行带来很大困难。建议采取以下措施：①对焦化装置的放火炬气体进行净化处理；②对气柜入口的过滤器进行检查处理，保证进入气柜的气体洁净；③对压缩机入口过滤器进行改造，一方面采用2个过滤器，1开1备，实现在线清理；另一方面，增加过滤面积，由0.3m 2增加到10m 2。6结语

经过不断的摸索、改进，青岛炼化公司火炬点火系统、联锁系统、回收系统运行稳定可靠，做到了事故排放安全可靠、正常生产全部回收，实现了“消灭高低压火炬长明灯，全厂瓦斯排放量小于3500m 3/h”的目标。此举为公司节约耗电约2.8×106kW ·h/a，节约蒸汽约24000t/a，降低全厂综合加工损失约0.31%，而且延长了火炬头的使用寿命。火炬系统的优化运行表明该公司生产管理已经达到较高水平，对于公司的可持续发展意义重大。7参考文献

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2005，（4）：46～472李常岭. 火炬头损坏原因及改进[J].通用机械，3SY/T10043-2002泄压和减压系统指南[S]

4达里尔·贝洛克. 火炬气流量的测量[J].计量装置及应用，2006，16（4）：37～38

Optimizing Operation of the Flame System

Zhong Xiangsheng ，Chen Wenwu

(SINOPECQingdao Refinery Company Ltd., Shandong, Qing dao, 266500)

Abstract:This paper introduces flame system in Qingdao refinery company Ltd.. The company develops the following works from decreasing flame gas discharge, improving its safety and enough gas recovery ability, and offers improvement for the existing problems.

Key words:flame system ，ignition system ，optimizing opera-tion ，flame gas ，recovery

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