陳鳳壯，吳桂波，梁其奮

(海洋石油富島有限公司，海南東方 572600)

海洋石油富島有限公司(簡稱富島公司)化肥一部擁有1套以天然氣為原料的年產(chǎn)30萬t合成氨裝置，采用ICI-AMV工藝。裝置設(shè)有氨罐區(qū)，在尿素裝置停車或當(dāng)氨產(chǎn)量超過尿素裝置的需要時貯存成品液氨。氨罐區(qū)包括2個3 667 m3氨罐、小冰機、氨泵、氨加熱器、氨火炬、呼吸槽等主要設(shè)備。

氨火炬通過天然氣進行引燃，用于處理正常操作時常壓氨罐區(qū)連續(xù)、間歇,以及事故或非正常工況下排放氣氨，共有3個長明燈等角度分布在火炬排放口周圍，火炬高28 m，筒體從下往上分為3段，由粗到細分布，直徑分別為1 524.0 mm、914.4 mm、558.8 mm。進入氨火炬的介質(zhì)共有3路，分別是氨罐氣氨放空管、罐區(qū)氣氨放空總管和罐區(qū)液氨排放總管。氨火炬燃燒器引燃天然氣也分3路，分別為氨火炬頂部長明燈燃氣管、進入氣氨放空管的摻燒管線和氨火炬點火系統(tǒng)燃料管線。氨火炬點火系統(tǒng)采用地面爆燃點火方式，由天然氣和壓縮空氣按一定的配比混合形成爆燃性氣體，通過電弧打火爆燃后再通過3根傳焰管引燃氨火炬頂部長明燈。

1 存在的問題

(1) 點火成功率低，火焰不穩(wěn)定。

近幾年，氨火炬點火系統(tǒng)點火成功率極低，甚至無法正常使用。由于氨火炬主火炬僅在有氣氨放空時點燃，而進入氨火炬中的氣氨并不連續(xù)，因此不能保證主火炬長期燃燒，大多時候僅有長明燈在燃燒。實際使用過程中長明燈存在火焰不穩(wěn)定，易熄滅的問題。由于點火系統(tǒng)點火成功率低，導(dǎo)致長時間無法點燃長明燈，無法實現(xiàn)應(yīng)急點火，進入氨火炬的氣氨無法燃燒，而是直接排放至大氣，對環(huán)境造成影響。為了加快點火速度，操作人員不得不爬上火炬頂部用火把點火，既增加了工人的勞動強度，又存在較大的高空作業(yè)安全風(fēng)險。

(2) 氨火炬堵塞。

由于點火成功率低，操作人員有時會在氣氨放空管線內(nèi)加入天然氣進行摻燒，一方面可以保證火焰的連續(xù)穩(wěn)定性，另外一方面可以通過主火炬燃燒反向點燃熄滅的長明燈。但由于天然氣燃燒產(chǎn)生的CO2和放空氣中的NH3容易發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氨基甲酸銨白色固體結(jié)晶使得氨火炬發(fā)生多次堵塞，影響氨罐區(qū)系統(tǒng)的正常排放。

2 原因分析

分析氨火炬點火成功率不高的主要原因有傳焰管堵塞、傳焰距離較長、點火技術(shù)落后。

(1) 傳焰管堵塞。

原有地面爆燃點火裝置及傳焰管均使用碳鋼材質(zhì)，且傳焰管連接彎頭較多，容易造成雜質(zhì)累積?，F(xiàn)場割開一段傳焰管進行檢查，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)腐蝕情況嚴(yán)重，存在大量鐵屑雜質(zhì)，特別是在彎頭處堵塞情況嚴(yán)重。檢查點火系統(tǒng)前空氣和燃氣管線過濾器，同樣發(fā)現(xiàn)大量雜質(zhì)(見圖1)。

圖1 氨火炬點火系統(tǒng)傳焰管堵塞

(2) 傳焰距離較長。

點火系統(tǒng)的燃氣和空氣管線,以及3根傳焰管的直徑均為25.4 mm，點火壓力為0.1 MPa，每根傳焰管長度約81 m，由16個直角彎頭連接。氨火炬點火系統(tǒng)安裝之初雖然可以實現(xiàn)點火，但是該設(shè)計存在傳焰動力不足的潛在隱患。由于傳焰阻力增加，傳焰動力不足的問題日益顯現(xiàn)，檢查顯示實際傳焰距離為35～40 m，火焰無法順利傳至長明燈，從而造成點火失敗。

(3) 點火技術(shù)落后。

地面爆燃點火技術(shù)中空氣和燃氣的配比十分關(guān)鍵，實際使用中大多存在點火成功率不足的問題[1-2]，而原有的點火系統(tǒng)中空氣和燃氣均為壓力控制，沒有安裝流量指示計，無法有效控制空氣和燃氣的流量配比，導(dǎo)致操作人員點火成功率不高。此外,富島公司一期氨火炬已投用23 a且一直沒有進行改造，僅有1套地面爆燃傳焰式點火裝置，沒有備用點火裝置，不符合相關(guān)規(guī)范要求。地面爆燃點火技術(shù)已經(jīng)明顯落后，點火成功率明顯低于高能點火器。

3 技術(shù)改造

針對以上問題，富島公司一期先后對氨火炬進行點火室移位改造和點火系統(tǒng)更新改造。

3.1 點火室移位

將地面爆燃點火系統(tǒng)，包括相關(guān)管線的閥組整體向火炬方向遷移，具體遷移位置見圖2。同時,將點火室后的傳焰管全部更換直徑為25.4 mm的不銹鋼管。技術(shù)改造后的點火室與氨火炬的實際距離為2.5 m，點火室至氨火炬頂部的傳焰管實際長度為31 m左右，相比改造前的傳焰管長度減少了近50 m，其中每根傳焰管的直角連接彎頭減少了8個。

圖2 氨火炬點火室移位改造圖

3.2 點火系統(tǒng)改造

(1) 新增3個高空高能點火器。

針對現(xiàn)有地面爆燃點火系統(tǒng)點火成功率不高，且沒有第二種點火方式的情況，在每個長明燈配套新增1個S31008材質(zhì)的高能點火器，通過點燃高能點火器后引燃長明燈，進而點燃主火炬(見圖3)。高能點火系統(tǒng)主要包含高空高能點火器、高壓發(fā)生器組、高壓抗腐蝕電極、金屬裸線、高壓石英連接裝置、高壓電纜等部件(見圖4)。高能點火器采用內(nèi)傳遞、負壓式結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有定向?qū)Щ?、點火可靠、自然配風(fēng)等特點。高能點火器的工作原理是利用防風(fēng)傳焰筒內(nèi)的少量燃氣將火源裝置中的電弧火花上傳，點燃出口處火焰噴嘴的燃氣，形成二次火源。該設(shè)計使得火源裝置遠離火焰區(qū)，可有效提高火源裝置的使用壽命，同時也加大了點燃火炬的二次火源能量，提高點火可靠性。高壓發(fā)生器采用內(nèi)封閉式雙極點火設(shè)計，能夠同時輸出±7.5 kV 電壓經(jīng)兩電極放電，當(dāng)裝置內(nèi)部某部分繞組出現(xiàn)故障時，高空點火器兩電極中的某一電極仍能對地放電實現(xiàn)正常點火，能在大風(fēng)、大雨、大霧潮濕、高溫等惡劣環(huán)境下使用。高壓輔助系統(tǒng)采用裸導(dǎo)線配合石英設(shè)計，具有抗高溫、抗腐蝕、抗氧化、使用壽命長等優(yōu)點[3-4]。

圖3 氨火炬點火系統(tǒng)改造流程圖

(a) 改造前的地面爆燃點火系統(tǒng)

高空高能點火器操作簡單，現(xiàn)場實際點火成功率超過95%，點火步驟為：①確認燃料氣正常；②把點火切換開關(guān)切換到手動，確認高壓發(fā)生器工作正常；③把點火切換開關(guān)切換到一鍵點火；④按下一鍵點火開關(guān)，同時打開點火器與長明燈手閥，點燃長明燈；⑤若長明燈沒有被點燃，應(yīng)關(guān)閉點火器與長明燈手閥，等待3～5 s后，再次重復(fù)第④步操作，重復(fù)次數(shù)不得大于3次。

(2) 更換1套地面爆燃點火器。

新地面爆燃點火器采用S30408材質(zhì)，主要包含切斷閥、減壓閥、壓力表、調(diào)節(jié)閥、流量計、爆燃室、傳焰管等部件。新裝置在空氣管線和燃氣管線上均設(shè)置有流量計，運用調(diào)壓穩(wěn)流技術(shù)保證混合氣體的配比濃度，可根據(jù)現(xiàn)場流量計的指示準(zhǔn)確調(diào)節(jié)閥門的開度，確定燃氣和空氣配比后保持不變，確保點火成功率。

(3) 更換3套節(jié)能型長明燈。

原長明燈火焰管線存在管線堵塞、燃燒頭損壞、易熄滅問題，對3套長明燈全部進行更換。長明燈通過調(diào)節(jié)合適的燃氣空氣混合比例并保持一定的出口速度提升抗風(fēng)能力，同時通過減小燃氣噴孔尺寸實現(xiàn)節(jié)約燃氣的目的。

4 改造效果

改造完成后，點火成功率大大提高，改造數(shù)據(jù)對比見表1。

表1 改造前后主要參數(shù)對比

5 結(jié)語

富島公司化肥一部氨火炬點火系統(tǒng)單一且技術(shù)落后，點火成功率較低，操作人員不得不通過點燃火把引燃長明燈的方式點燃火炬，不但無法及時點燃火炬且大大增加操作風(fēng)險。為解決此問題，從燃料氣熱值、爆燃氣壓力、傳焰管堵塞、傳焰管長度及點火技術(shù)方面進行研究，經(jīng)過2次改造，成功地解決了氨火炬點火系統(tǒng)的故障問題，提高了氨罐區(qū)氨火炬運行的安全和穩(wěn)定性。