王友金

(中韓(武漢)石油化工有限公司，湖北 武漢 430000)

多點式地面火炬是國內(nèi)在石油化工企業(yè)最近十幾年才逐漸興起的一項處理廢氣燃燒工藝的設(shè)施。相對于傳統(tǒng)的高架火炬，其安裝高度低，可有效避開機場等航運要求高的地區(qū)；自動化程度高，日常運行無需人為手動操作，極大程度優(yōu)化人員編制，提高人員工作效率；安裝在地面，易于維修；燃料嘴設(shè)置極多，燃燒均勻，不易產(chǎn)生黑煙[1]。

某乙烯廠的地面火炬已投用7年，順利經(jīng)過一個大修周期，在7年的使用過程中，出現(xiàn)了一些如長明燈堵塞、火炬頭堵塞、回收氣總管帶液、回收壓縮機運行不穩(wěn)定等生產(chǎn)難題，現(xiàn)就這些生產(chǎn)難題的應(yīng)對策略進行詳細的論述。

1 主要生產(chǎn)難題及原因分析

1.1 部分長明燈熄滅故障

1.1.1 故障現(xiàn)象

經(jīng)過長達7年使用時間(2016年全廠大檢修期間烯烴火炬曾停工35天、聚烯烴火炬未停工)的運行，烯烴和聚烯烴火炬長明燈系統(tǒng)均出現(xiàn)如下問題：多數(shù)長明燈火焰防風(fēng)、防雨能力降低，時常出現(xiàn)熄滅故障。一旦生產(chǎn)裝置跳車，不能及時點燃火炬氣進行傳燃，可燃氣積聚達到爆炸極限則地面火炬存在爆炸風(fēng)險[1]。

1.1.2 原因分析

長明燈全部設(shè)置在火炬防輻射圍墻以內(nèi)。正常工況下，火炬圍墻內(nèi)持續(xù)有火焰燃燒(長明燈火焰、燃燒火焰)，生產(chǎn)裝置也隨時可能突然跳車排放巨量可燃氣。因此，火炬圍墻內(nèi)禁止人員進入。只有當(dāng)火炬系統(tǒng)全部停工期間，人員才能進入圍墻內(nèi)從事檢修作業(yè)[2]。

首先從圍墻外部排查原因。每一根長明燈燃料氣供氣管線在圍墻外部設(shè)置有低點排凝，檢查低點排凝口，無存液。排除雨水堵塞燃料氣流道，造成長明燈熄滅的疑點。

再次采取加大燃料氣供氣壓力從0.1 MPa升至0.3 MPa，夜間通過工業(yè)攝像頭明顯觀察到長明燈火焰變大，熄滅次數(shù)減少。說明燃料氣管線確有部分堵塞。

圖1 燈芯篩網(wǎng)完好狀態(tài)

圖2 燈芯篩網(wǎng)燒穿狀態(tài)

經(jīng)公司批準(zhǔn)，使用無人機飛入圍墻內(nèi)進行低空近距離拍照的方式對易熄滅的長明燈內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行拍照，發(fā)現(xiàn)長明燈頭內(nèi)燈芯篩網(wǎng)多數(shù)已燒穿，已不具備防風(fēng)防雨能力。結(jié)合長明燈的設(shè)計使用氣源、實際使用氣源和備用氣源的組分和熱值數(shù)據(jù)，初步判斷原因為長明燈使用的燃料氣熱值較原設(shè)計值過高，超過長明燈篩網(wǎng)長期烘烤能承受的溫度能力，最后燒穿。如圖1、圖2。

另外，對2016年大檢修期間拆卸下來的舊長明燈燃料氣管件進行檢查，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

(1)長明燈下部供燃料氣過濾器不暢通。拆開過濾網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)上覆蓋一層較厚的黑色積炭，積炭已堵塞內(nèi)襯絲網(wǎng)，過濾網(wǎng)通氣能力下降。

(2)長明燈下部供燃料氣過濾器后的文丘里管噴孔直徑過小。文丘里管噴孔最窄處直徑1 mm，當(dāng)長明燈燈罩和篩網(wǎng)金屬碎屑等雜物落到長明燈燃料氣管內(nèi)，雜物就有可能卡在噴孔內(nèi)，堵塞噴孔，切斷燃料氣通道，使長明燈熄滅。

1.2 長明燈無可靠備用氣源問題現(xiàn)象

兩套地面火炬共用一套長明燈燃料氣源。燃料氣源日常采用裂解裝置自產(chǎn)過剩燃料氣，當(dāng)過剩燃料氣管網(wǎng)壓力不足時，采用西氣東送外購天然氣作為氣源。2018年外購天然氣曾發(fā)生過一次管道泄漏緊急降壓運行的事故，致使我公司面臨停用天然氣，長明燈失去備用氣源的緊急情況。因長明燈僅設(shè)置了一處天然氣鋼瓶組供氣閥組甩頭作為備用氣源接口，一旦長明燈失去現(xiàn)有氣源，則僅依靠鋼瓶組無法獲得穩(wěn)定和足夠的氣源[3]。如圖3。

圖3 長明燈氣源流程

1.3 常用火炬頭堵塞

1.3.1 故障現(xiàn)象

自2018年以來，發(fā)現(xiàn)烯烴火炬第1～2級火炬頭(共5個燃燒器)、聚烯烴火炬第1～2級火炬頭(共5個燃燒器)的火焰燃燒長度呈逐漸減小趨勢，直至這10只使用頻率最高的燃燒器徹底沒有火苗，只能暫停使用，關(guān)閉閥門，依靠自動升級到后續(xù)的分級設(shè)施實現(xiàn)燃放火炬氣[4]。

1.3.2 原因分析

分析原因可能為：(1)10只火炬頭長時間使用，受到高溫烘烤，火炬氣帶有的結(jié)晶物或火炬氣燃燒時在火炬頭處結(jié)焦堵塞了火炬頭；(2)因烯烴火炬總管管徑達1.8 m，聚烯烴火炬總管管徑也有1.35 m，火炬氣到達每一級的延伸管的直徑為100 mm，而兩套火炬最終端的火炬頭的噴孔直徑才4 mm。管徑變化太大，一旦火炬氣總管帶入了雜物，極容易堵塞火炬頭。

1.4 火炬燃燒不完全產(chǎn)生黑煙和異味

1.4.1 故障現(xiàn)象

(1) 兩套地面火炬在火炬氣排放量很小的時候會出現(xiàn)燃燒不完全的情況，火炬周圍偶有異味。

(2)當(dāng)前五級分級閥開始降級關(guān)閉后，相應(yīng)的蒸汽分級閥關(guān)閉的瞬間，相應(yīng)的火炬頭會出現(xiàn)短暫的黑煙。

1.4.2 原因分析

(1)正常工況下，排放的火炬氣中瓦斯含量較低，絕大多數(shù)組分為氮氣(正常工況下，分別4次對火炬氣含量分析結(jié)果見下表)?；鹁鏆鉄o法完全燃燒造成周邊有異味，對大氣有一定污染。見表1。

表1 火炬氣分析結(jié)果

(2)前5級分級閥降級關(guān)閉后對應(yīng)的蒸汽伴燒分級閥會立即關(guān)閉，同時氮氣后吹掃閥會立即打開，分級閥后的一段火炬延伸管內(nèi)存有的少量火炬氣被大量氮氣包裹，不能完全燃燒，出現(xiàn)短暫黑煙。

1.5 火炬回收氣總管帶液

1.5.1 故障現(xiàn)象

(1)火炬回收氣經(jīng)回收壓縮機增壓后，送往全廠回收氣管網(wǎng)，供裂解裝置加熱爐燃燒器使用。由于回收氣中夾帶液體過多，經(jīng)常堵塞加熱爐燃燒嘴，需要人工進行脫液。

(2)火炬回收氣總管設(shè)有一套在線氧分析儀，其監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)常出現(xiàn)假值和掉線的情況，檢查原因為回收氣總管帶液，液體進入氧分析儀后，使讀數(shù)不準(zhǔn)現(xiàn)象發(fā)生。

1.5.2 原因分析

(1)連續(xù)一個月對烯烴火炬總管進行采樣分析，發(fā)現(xiàn)經(jīng)常帶液。

(2)壓縮機在運行時會在入口加入柴油進行機體冷卻，雖然壓縮機出口設(shè)置有氣液分離器，但氣液分離器中的絲網(wǎng)除沫器除液效果不好，無法徹底將氣體中夾帶的液體分離。

(3)未完全分離的液體一方面進入回收氣總管在線氧分析儀內(nèi)，使氧分析儀指示數(shù)據(jù)長期不準(zhǔn)；一方面進入裂解裝置加熱爐再燃燒時，存在堵塞加熱爐燃燒嘴降低燃燒效率的風(fēng)險。

1.6 火炬升降級壓力設(shè)定不合理

1.6.1 問題現(xiàn)象

(1)火炬前5級經(jīng)常出現(xiàn)頻繁升降級的情況；

(2)火炬第1級開啟壓力設(shè)定為10 kPa，但每當(dāng)壓力降至13 kPa時，生產(chǎn)調(diào)度就會發(fā)出壓力低報警，提醒火炬崗位及時手動調(diào)整火炬壓力，不得繼續(xù)排放泄壓。

1.6.2 原因分析

(1)按原設(shè)計，兩套火炬第2、3、4級的降級壓力過于接近，且第3級降級壓力高于第4級，不適用于實際情況。當(dāng)火炬總管壓力低于20 kPa時會依次關(guān)閉3級、4級(3級有5個火炬頭、4級12個火炬頭)，關(guān)閉后排放量會突然減少，導(dǎo)致1級、2級(1級2個火炬頭、2級3個火炬頭)排放量太小，不能及時泄壓，總管壓力又迅速上升至100 kPa后重新升級，升級后壓力迅速降低，從而出現(xiàn)頻繁升降級的情況。頻繁升降級會使分級閥受到嚴(yán)重磨損，同時也不利于火炬平穩(wěn)燃燒。

(2)烯烴火炬第1級分級閥開啟壓力設(shè)定為10 kPa不合理。因裂解裝置分離工段濕火炬分液罐(D-902)壓力設(shè)定為當(dāng)烯烴火炬總管壓力低于13 kPa時自動打開調(diào)節(jié)閥，補充天然氣，以防止管網(wǎng)壓力過低時，空氣竄入管網(wǎng)。當(dāng)烯烴火炬總管壓力持續(xù)降低至8 kPa時，會聯(lián)鎖強制打開補氣閥XZV90001，大量補充天然氣，以保證火炬總管壓力為微正壓。所以原設(shè)計烯烴火炬第1級高于10 kPa即開閥泄壓的設(shè)計不符合實際生產(chǎn)要求。

1.7 回收壓縮機運行不穩(wěn)定

1.7.1 故障現(xiàn)象

經(jīng)過長時間運行后，回收壓縮機排氣溫度經(jīng)常超高，達到95℃聯(lián)鎖值自動停機。

1.7.2 原因分析

結(jié)合歷史趨勢數(shù)據(jù)，認(rèn)真分析回收壓縮機存在的排氣溫度超高問題，發(fā)現(xiàn)存在以下三個原因：(1)是壓縮機噴淋冷卻用柴油長期使用后變質(zhì)，形成糊泥狀物質(zhì)，一方面堵塞柴油噴淋過濾器，造成壓縮機噴淋冷卻效果不好，排氣溫度異常超高；一方面當(dāng)裝置大量排火炬氣時，壓縮機氣液分離器內(nèi)會有劇烈擾動，將糊泥狀物質(zhì)帶進回收氣總管，并通過回流線進入回收壓縮機入口過濾器，從而堵塞入口過濾器。(2)是氣液分離器內(nèi)絲網(wǎng)除沫器故障，不能滿足使用要求；(3)是壓縮機入口柴油噴淋小孔數(shù)量太少，容易被入口雜質(zhì)堵塞，壓縮機螺桿陰陽轉(zhuǎn)子干磨，加劇排氣溫度超高情況[5]。

2 優(yōu)化措施

2.1 長明燈部分熄滅故障采取的優(yōu)化措施

經(jīng)ZEECO廠家與設(shè)計人員確認(rèn)，決定利用2020年全廠大檢修機會，進入圍墻內(nèi)，將烯烴、聚烯烴火炬每級更換一支長明燈，共計31支，以消除存在的生產(chǎn)隱患，及時恢復(fù)正常生產(chǎn)工況；并在ZEECO 廠家人員指導(dǎo)下檢修原長明燈內(nèi)部積碳及結(jié)焦，分析結(jié)焦原因，從而根本上解決長明燈易熄滅問題。

大檢修之前，由裝置制定詳細的管理規(guī)定，加強班組人員HEI和FFG自動、手動點火能力培訓(xùn)，確保異常工況下的長明燈熄滅再點燃工作正常進行。

2.2 長明燈無可靠備用氣源

2.2.1 采取的優(yōu)化措施

利用中間罐區(qū)丙烷+LPG罐(6×3000 m3，0.66 MPa)作為備用氣源，經(jīng)減壓閥減壓至0.3 MPa后送至長明燈備用氣源給氣點。當(dāng)長明燈燃料氣壓力低于1 kg時，火炬崗位操作人員緊急到現(xiàn)場打開備用氣源閥門，同時關(guān)閉現(xiàn)有氣源閥門，及時切換到備用氣源狀態(tài)；當(dāng)現(xiàn)有氣源恢復(fù)正常時，及時進行切換。見圖4。

圖4 改進后設(shè)計流程

2.2.2 依據(jù)的原理

當(dāng)丙烷+LPG罐(6×3000 m3，0.66 MPa)正常工況時，每天保持60%罐存量，即6×3000 m3×60%×0.5 t/m3=5400 t。而70支長明燈每天的燃燒量(長明燈壓力為1.05 kg/cm2g)=70×1.16 nm3/h×0.5 kg/m3×24 h=974.4 kg≈1 t。則丙烷+LPG罐的日常罐存量可夠兩套火炬在危急時刻使用約5400天。可保證長明燈在危急時刻的正常供氣，確保長明燈的安全。

2.3 常用火炬頭堵塞采取的優(yōu)化措施

(1)利用2020年大檢修的機會，對烯烴火炬的第1～2級、聚烯烴火炬的第1～2級火炬氣延伸管處割開，檢查內(nèi)部結(jié)焦情況，并更換新的火炬氣延伸管和火炬頭，火炬頭型式為MJS-4，同時增加火炬頭開孔數(shù)以防止結(jié)焦。若前2級延伸管內(nèi)部結(jié)焦嚴(yán)重，則對第3級的5只延伸管也進行切割，清理內(nèi)部結(jié)焦情況，并在延伸管前增加可清洗過濾器，以截留雜物。

(2)火炬頭的結(jié)焦物在火炬設(shè)施停工期間進入圍墻采樣化驗分析結(jié)焦成分后，再與ZEECO專利商制定針對性的措施，確保從根本上消除堵塞隱患。

2.4 火炬燃燒不完全產(chǎn)生黑煙和異味采取的優(yōu)化措施

(1)當(dāng)管網(wǎng)中氮氣含量較高，無法點燃火炬氣時，請示生產(chǎn)調(diào)度由火炬崗位操作人員現(xiàn)場手動投用天然氣(0.3 MPa)進行伴燒，以最大程度消除黑煙。

(2)蒸汽分級閥在對應(yīng)的火炬氣分級閥關(guān)閉后延時1 min后聯(lián)鎖關(guān)閉。當(dāng)前五級分級閥降級關(guān)閉時，火炬氣管道上氮氣后吹掃閥立即聯(lián)鎖打開，大量氮氣持續(xù)進入火炬氣延伸管，只需要在幾秒鐘時間內(nèi)就能將分級閥后火炬管內(nèi)殘留的火炬氣吹出，在蒸汽仍在伴燒的狀態(tài)下，火炬氣仍然能夠得到充分燃燒，從而減少黑煙的產(chǎn)生。經(jīng)過多次經(jīng)驗積累，我們將蒸汽分級閥的聯(lián)鎖關(guān)閉延時時間確定為1分鐘，可以完全實現(xiàn)分級閥關(guān)閉后的火炬氣燃燒黑煙情況[6]。見圖5、6。

圖5 有黑煙

圖6 無黑煙

2.5 火炬回收氣總管帶液

2.5.1 采取的優(yōu)化措施

(1)經(jīng)過統(tǒng)籌考慮，公司決定將回收氣改進動力部鍋爐，將回收氣與天然氣混合送至中壓鍋爐燃燒嘴燃燒。

(2)同時，一方面在壓縮機出口管線處增設(shè)除液聚結(jié)器。除液聚結(jié)器采用5 μm過濾精度的過濾網(wǎng)將液滴分子進行攔截，徹底將液滴與氣相部分分開；一方面在回收氣出口總管氧分析儀前增設(shè)分液罐，將回收氣中的液體組分進行沉降分離，并利用0.35 MPa的管道壓力自壓至聚烯烴分液罐(壓力約0.010～0.1 MPa)儲存，消除回收氣管網(wǎng)帶液的生產(chǎn)難題。見圖7、8。

圖7 原回收壓縮機出口工藝流程

圖8 改進后的回收壓縮機出口工藝流程

2.5.2 依據(jù)的原理

(1)聚結(jié)器處理量為900 Nm3/h，過濾面積6 m2，過濾精度為5 μm?；厥諝膺M入聚結(jié)器后，首先分散進入聚結(jié)濾芯，由聚脂聚結(jié)層將微小的液滴聚結(jié)成大的液團，沉降于集液槽內(nèi)；然后未來得及聚結(jié)的小液滴靠分離濾芯的斥液作用進一步分離，儲存在聚結(jié)器底部。干凈的回收氣通過分離濾芯后，由頂部出口排出。當(dāng)聚結(jié)器內(nèi)液位達到高液位報警時，自動打開調(diào)節(jié)閥排液，將液體組分排至烯烴分液罐(壓力0.015～0.1 MPa)儲存。2019年7月至2019年12月已累計回收殘液量：1430 L。

(2)回收氣管網(wǎng)壓力0.35 MPa，通過管徑DN25的管道連接氧分析儀，同時液體在自身壓力下流入分液罐緩存后，再壓入聚烯烴分液罐(壓力0.01～0.1 MPa)，通過視鏡可直觀的檢查存液流動情況。

2.5.3 實施的效果

經(jīng)過半年時間的調(diào)試，除液聚結(jié)器和氧分析儀分液罐運行良好，能夠?qū)⒁旱闻c回收氣體分離，較好地保證了回收氣不帶液。

2.6 火炬升降級壓力設(shè)定不合理

2.6.1 采取的優(yōu)化措施

(1)升級壓力調(diào)整見表2。

表2 烯烴(聚烯烴)火炬升級壓力調(diào)整

(2)烯烴火炬降級壓力調(diào)整見表3。

表3 烯烴火炬降級壓力調(diào)整表

(3)聚烯烴火炬降級壓力調(diào)整見表4。

表4 聚烯烴火炬降級壓力調(diào)整表

2.6.2 依據(jù)的原理

為避免烯烴火炬總管壓力過低，裂解裝置大量補充天然氣，造成能源浪費。規(guī)定烯烴火炬總管壓力不得低于15 kPa，同時修改火炬氣回收壓縮機回流調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖開啟壓力設(shè)定值，由原來的10 kPa 改為15 kPa，以便當(dāng)烯烴火炬持續(xù)小流量排放時(排放量小于回收壓縮機回收能力)，具有固定回收能力的火炬氣回收壓縮機通過打回流的方式仍能夠正常持續(xù)運轉(zhuǎn)；以便于烯烴火炬管網(wǎng)隨時可能頻繁排放的適量廢氣能夠被及時回收，不會直排大氣燒掉，從而更徹底的降低碳排放總量；也可以避免壓縮機頻繁起停造成的設(shè)備損壞。

2.6.3 調(diào)整后的效果

升降級壓力程序修改完成后，地面火炬升降級不再頻繁，一般能達到十幾天甚至一個月不進行升級(達到第1級升級壓力40 kPa)排放廢氣，各裝置正常生產(chǎn)時的小流量排放的火炬氣幾乎全部得到有效回收，碳排放得到有效減少，真正做到了“熄滅”火炬。反之，當(dāng)火炬處于升級燃燒狀態(tài)時，說明某個裝置生產(chǎn)工況出現(xiàn)波動，正在通過排放廢氣或置換工藝設(shè)備以回到正常生產(chǎn)工況。此時，我們會及時提醒生產(chǎn)調(diào)度反向配合裝置調(diào)整生產(chǎn)運行工況，以將裝置生產(chǎn)損失降到最低。

2.7 回收壓縮機運行不穩(wěn)定

2.7.1 采取的措施

圖9 改造前的噴孔數(shù)量

圖10 改造后的噴孔數(shù)量

(1)對壓縮機內(nèi)柴油管路系統(tǒng)和過濾器進行全部清洗，更換新柴油，每半年進行一次整體更換；

(2)對壓縮機出口氣液分離器內(nèi)絲網(wǎng)除沫器進行清洗維護；

(3)對壓縮機入口管路柴油噴淋管段噴孔數(shù)量進行調(diào)整。原噴淋管段噴孔僅設(shè)計為一列共11個4 mm的噴孔。對噴淋管段進行改造，在原基礎(chǔ)上新增一列相同數(shù)量的噴孔，以增強噴淋冷卻效果。見圖9、10。

2.7.2 改造后的效果

改造完畢后，回收壓縮機運行穩(wěn)定，再次投用2年來，從未發(fā)生過排氣溫度超高聯(lián)鎖停機的現(xiàn)象，日常運行溫度僅為50℃，即使夏季高溫環(huán)境(氣溫40℃)下，壓縮機排氣溫度最高僅為75℃，運行工況非常良好。

3 結(jié)論

雖然地面火炬在長周期使用過程中遇到了一些問題，且很多問題在日常生產(chǎn)中無法直接進行修復(fù)處理，但經(jīng)過多年的經(jīng)驗摸索，現(xiàn)已經(jīng)形成一整套完善的改進措施和管理程序，可以更完善的消除這些生產(chǎn)難題，更充分地發(fā)揮地面火炬的優(yōu)勢，促進地面火炬設(shè)施安穩(wěn)長滿優(yōu)運行[7]。