火炬及火炬氣回收系統在柴油加氫裝置緊急泄壓試驗中的應用

大火擠出系統是俄羅斯能源公司的最后一個安全屏障，其安全穩定運行對俄羅斯能源公司的安全生產至關重要。中國石化青島煉油化工有限責任公司(簡稱青島煉化)火炬及火炬氣回收系統是用于滿足該公司工藝裝置在正常生產時安全閥和泄壓閥小流量泄漏、計劃中小修火炬氣正常排放量的回收,同時滿足各裝置開停車、事故停電、停儀表風等非正常工況火炬氣燃燒排放要求的設施。2008年4月19日,在開工準備過程中,進行柴油加氫裝置緊急泄壓試驗時,火炬系統發生回火閃爆,造成水封罐安全附件損壞,對該公司的開工進程造成了一定程度的影響。1原設計1.1實施細則,固定水封和可集水封青島煉化設高壓、低壓及低低壓水封閥組設置高、低位水封,以滿足裝置的安全操作和火炬氣的安全回收。低位水封設置為200mm,滿足系統的防回火要求,低位水封為固定水封。高位水封主要增大水封高度,使水封罐前的可燃氣體不能沖破水封排向火炬,而順利進入氣柜,高位水封為可調水封,其高度可根據火炬氣回收的實際情況來調節。正常生產時,工藝裝置放空瓦斯氣經過高壓、低壓、低低壓火炬排放管網進入2×10另外,單獨設DN700酸性氣火炬排放系統,接受來自硫磺回收裝置緊急情況下的放空酸性氣,排放能力按50t/h設計。1.2水封罐及補水閥水封罐外形尺寸為Φ4000mm×7000mm。水封罐內部采用水桶型結構,放空氣體由放空總管(DN1400)進入水封罐內部之后擴徑為DN1600,進入水桶內部,水桶尺寸為Φ3200mm×2800mm。水封罐補水閥為調節閥,規格為DN40;補水閥副線閥為手動閘閥,規格為DN80。2防火過程和原因分析2.1開采準備柴油加氫裝置進行緊急泄壓試驗(實際泄放速度5.5×102.2回火原因分析2.2.1水封高度偏低,水封高度高于立管底部邊緣在柴油加氫裝置緊急泄壓試驗時,2個火炬水封罐的固定水封均被完全帶空,最低時,水封高度低于立管底部邊緣250mm,這是造成火炬回火閃爆的直接原因。水封罐內有效水封量應能滿足水封罐入口管線立管3m高的充液量,方能滿足火炬系統的防回火要求2.2.2個系統。在2個系統內,各青島煉化的烴類火炬排放系統盡管分為了3個系統,但實際上在進入水封罐之前,又合并成了1個系統,然后又分為2個系統。這樣,烴類火炬排放系統就成為互相影響、關聯性很強的1個系統。從柴油加氫裝置緊急泄壓試驗過程看,1個系統超壓將引起其他系統同時超壓,1個系統出現負壓將引起其他系統同時負壓。實踐證明,系統管線這種組合方式是不符合生產的安全需求的。2.2.3氣體正向流動放空系統負壓的原因是柴油加氫裝置緊急泄壓閥為兩位式閥門,閥門開關速度較快(開啟、關閉時間均為約30s),在其關閉時,由大量氣體正向流動突然停止而產生的“氣錘”現象引起負壓。此時,因為全廠其他生產裝置均沒有開工生產,因此并不存在其他裝置向放空系統漏入氣體緩解系統負壓狀態的情況。2.2.4排水介質的特性柴油加氫裝置緊急泄壓試驗時,其排放的氣體中H2.2.5流密度根據原設計,用于流體密封的N根據以上分析,火炬排放系統回火的原因是:柴油加氫裝置進行緊急泄壓試驗時,大量放空氣體(主要組分是H3改革措施3.1改變大密封罐的有效密封量水封罐結構由水封桶型改為中間擋板型,同時將固定水封高度改為400mm。改造后,水封罐的有效水封量約為6.30m3.2改變火炬系統的管道組合方式改造后的工藝流程為:將高壓火炬系統單獨從系統分開,放空系統分為2個獨立的管網,分別對應2個火炬頭。高壓放空管網進入13.3放空管網補壓線改造的方案為:從火炬氣壓縮機出口管線(DN200)引出放空管網補壓線(DN150),在放空管線進入火炬氣凝液罐之前進行補壓,保證放空系統管網壓力任何情況下均不低于2kPa。改造前后火炬系統的示意見圖1。3.4軸的壓力密封n將流體封N4改造后的運行和問題火炬系統按照以上方案改造后,裝置正常生產時運行基本穩定。但是,也存在一些問題,需要在今后解決。4.1氣體排放量的“窩”氣體碳氧基火炬頭“半干”的問題1)火炬排放時的噪音過大,出現了不連續排放發出的“喘聲”,在排放氣體中H2)N3)火炬頭“燜燒”的問題。據檢測,在放空氣體流量較低(小于3×10以上問題將極大地影響火炬頭的使用壽命和青島煉化瓦斯放空安全。4.2在緊急壓力試驗中，加熱處理裝置中存在的問題4.2.1急泄壓試驗加氫處理裝置進行緊急泄壓試驗(實際泄放速度5.9×10緊急泄壓試驗開始前,1#火炬水封罐撤水封至固定水封,打開泄水閥、補水閥(DN40)和補水副線閥(DN80),同時打開新增補壓線向高壓排放系統補壓(補充量為1800Nm4.2.2加氫裝置發生極端工況時的安全問題從上述試驗過程可以看出,盡管火炬系統進行了一些改造,但是在出現類似于加氫處理裝置緊急泄壓等極端工況時,仍可能出現安全問題。1)在火炬系統大量放空情況下,水封罐中有效水封將完全被沖破,水封罐無法起到防止回火的作用;2)水封罐的補水量不足,而且無法實現遠程控制。5關于繼續改進的措施和建議5.1改水閥組的補水能力1)改大水封罐的體積,或者在現有基礎上每個水封罐并聯1個新的水封罐。降低固定水封高度至200～300mm,在保證足夠的有效水封量的同時,降低火炬排放時的噪音。2)改大水封罐補水閥組的補水能力。根據實踐情況,建議補水線改為補水閥DN100,補水副線閥DN40,2條管線均安裝控制閥,以實現遠程控制。3)提高水封罐沉降側排水閥組高度。5.2dn400dn503管線建議在高、低壓火炬水封罐和分液罐之間各自引出1條DN350～DN500管線,并入酸性氣火炬(DN700)水封罐之前。這樣,高、低壓火炬小流量放空(小于3×105.3離火炬筒體密封按照有關標準要求,吹掃氣體的流量應能保持離火炬筒體頂端7.6m處的氧含量在排放烷烴時不超過6%(體積分數),而排放H考慮海邊風大、放空氣體H建議關小流體密封N5.4加氫裝置緊急泄壓閥的關閉1)在水封罐進行徹底改造前,若加氫裝置出現緊急泄壓情況,應首先打開火炬系統補壓線進行補壓,另外在關閉緊急泄壓閥前,應先打開加氫裝置的排放控制閥進行補壓,以防火炬放空系統出現負壓,造成回