地面火炬研究与应用

地面火炬研究与应用

朱晓威

（中国石化中原油田分公司天然气处理厂， 河南  濮阳  457162）

摘要：放空系统作为石油天然气站场的重要安全设施，在站场检修、系统超压或发生事故时需要放空的时候，使站场压力尽快地泄放至安全范围，以防止事故的蔓延、扩大，并为抢修赢得时间，作用十分关键。因此，确保放空系统的安全性和可靠性至关重要。基于此，本文结合生产实际，针对某站场放空系统存在的问题进行分析，选择适合的改造方案并实施，解决了放空系统隐患。

关键词：地面火炬；燃烧器；研究；应用；

1.研究背景

某轻烃储运站是集储存、销售液化石油气为一体的轻烃储运站库，现有球罐10座，其中2000m3球罐2座，400m3球罐8座，总库容7200m3；装车区有装车位5个，装车能力为500t/d；辅助设施区有装车泵6台，冬季装车时补压用压缩机2台。轻烃储运站放空系统采用放散管直排，放散管DN200，高25m，主要用于日常装车操作和球罐紧急放空。

轻烃储运站站无火炬系统，球罐间防火间距已不满足现行规范《石油化工企业设计防火标准》（GB50160-2008（2018 版））6.3.3要求“对于液化烃球罐，无事故排放至火炬措施的，要求安全间距为 1.0D；有事故排放至火炬措施的，要求安全间距为0.5D”，为满足储罐直接的防火间距的要求，轻烃储运站临时停用了5台储罐，存储能力大地降低。另外，采用放散管泄放，在泄放时遇到周边火源，容易产生火灾危险，威胁周边居民生命财产安全及轻烃储运站的稳定运行。

2.研究内容

（1）改造方案

工业火炬系统作为石油化工企业中常见可燃气体安全排放设施，可处理在石油化工装置开停车期间，事故工况及系统不平衡而产生的可燃废气，以免产生环境污染和安全事故。火炬按照燃烧器离地面高低可分为地面火炬和高架火炬。

从火炬排放气条件、设备布置占地面积和安全可靠性来看， 地面火炬和高架火炬均能满足本工程需求。虽然方案一地面火炬一次性投资较大，但是方案二高架火炬新增用地征地极为困难，且轻烃储运站储存介质主要为液化石油气及轻烃等，紧急泄放时若分液罐分离效果不理想，则会造成火雨的安全隐患，而地面火炬无火雨危害，降低了损失。因此，选择地面火炬系统。

（2）最大泄放量的确定

其中：GV—气体泄放量，kg/h；HV—泄放压力下液体的蒸发潜热，kJ/kg；F—系数，球罐设置在喷淋设施下取F=0.6；A—容器的受热面积，A=1/2πD02。

依据《石油化工可燃性气体排放系统设计规范》（SH 3009-2013），6.2.1d条款：排放量最大装置的100%与全厂其余装置排放量的30%之和（质量流量）作为确定火炬高度及安全区域的设计排放量。故设计总泄放量为2000m3丁烷球罐气体泄放量GV=82788.6kg/h和相邻罐2000m3丙烷气体泄放量的30%GV=21659kg/h之和104448kg/h。

（3）地面火炬概况

    火炬放空汇管DN500，分四级进行控制，共设置65台燃烧器，一级DN100燃烧器组（共3套燃烧器）与PLC、点火器、长明灯、火焰信号联锁，采用长燃模式；二级DN200燃烧器组（共10套燃烧器）、三级DN300燃烧器组（共22套燃烧器）、四级DN350燃烧器组（共30套燃烧器）与PLC、压力信号、火焰信号、点火器、长明灯（节能型）、放空阀、电磁阀自动联锁控制，采用自动控制点火。

PLC控制系统：1套，采用西门子PLC S7系列，与界区内所有电气仪表联锁控制，可实现自动点火、半自动点火、手动点火、中控室远程通讯监控及故障报警等功能，通讯接口为Modbus RS485或以太网。

火炬分液罐：φ2.0m×6.0m; 液位与PLC联锁，可实现自动排液；火炬水封罐：φ2.0m×6.0m; 液位与PLC联锁，可实现自动补水。

安全可靠性设计：为了保证火炬气排放系统运行正常、稳定，将各种状态泄漏及事故排放的气体，通过火炬气排放管道引至火炬燃烧排放，在火炬气主管道上设置3台压力变送器。

3. 应用效果

（1）项目实施将地面火炬组态进中控室PLC系统，实现了：

1）实现放空总管压力、分液罐和水封罐液位、可燃气体报警等数据的实时监控和高低限报警、历史趋势记录。

2）进行长明灯火焰、放空阀、凝液泵、鼓风机状态等监控和报警，以便操作人员及时发现和处理异常情况。

3）实现中控室远程开关放空阀，中控室远程点火，达到远程控制，无人值守的目的。

（2）安全环保效果：

1）轻烃储运站原放散管排放口设置在高处，储罐紧急放空时，液态烃来不及汽化，可能会出现“烃雨”现象，从而造成严重的安全隐患。地面火炬将液态烃引至地面以上燃烧，即可以避免“烃雨”，也不会发生“火雨”，能够有效保障周边工厂及居民安全。

2）液化烃放空后，经过地面火炬的充分燃烧可实现无烟排放，极大程度的降低了对环境的污染，达到了清洁生产的目的；同时，燃烧发生在火炬燃烧筒内，热辐射小、无光污染，而通过防风消音墙的隔离，噪声污染极低，避免了对周围环境的影响。

4.总结

地面火炬系统可保证气体需要排放时能够及时、安全、可靠地放空燃烧，保证在运行过程中实现低噪音无烟燃烧。此项目的顺利实施，解决了轻烃储运站原有放散管不合规，储罐间距不符合现行规范以及对周围居民、工厂造成的安全隐患，并能对泄放气体进行充分燃烧，有效减轻了对大气造成的污染。

参考文献：

［1］葛鹏．大型天然气储罐全部泄漏引起 蒸 汽 云 爆 炸 后 果 定 量 分 析［Ｊ］．内蒙古石油化工，２０１４（１１）：７６－７８．

［2］崔黎宁，杨光．石油天然气站场总平面布置对蒸汽云爆炸的防范措施［Ｊ］．内蒙古石油化工，２０１５（１９）：８７－８８．

［3］顾安忠．液化天然气技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０16．

［4］敬加强．储罐放空系统相关技术问答［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２０18