王友金

(中韓(武漢)石油化工有限公司，湖北 武漢 430000)

多點(diǎn)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(xiàng)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(jī)場等航運(yùn)要求高的地區(qū)；自動(dòng)化程度高，日常運(yùn)行無需人為手動(dòng)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(gè)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(jī)運(yùn)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(jìn)行詳細(xì)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(dá)7年使用時(shí)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(yùn)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(shí)常出現(xiàn)熄滅故障。一旦生產(chǎn)裝置跳車，不能及時(shí)點(diǎn)燃火炬氣進(jìn)行傳燃，可燃?xì)夥e聚達(dá)到爆炸極限則地面火炬存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)[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(shí)可能突然跳車排放巨量可燃?xì)狻Ｒ虼?，火炬圍墻?nèi)禁止人員進(jìn)入。只有當(dāng)火炬系統(tǒng)全部停工期間，人員才能進(jìn)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(diǎn)排凝，檢查低點(diǎn)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(diǎn)。

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(jī)飛入圍墻內(nèi)進(jìn)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(jìn)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(jì)使用氣源、實(shí)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?yàn)殚L明燈使用的燃料氣熱值較原設(shè)計(jì)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(jìn)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(shí)，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(yùn)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(gè)燃燒器)、聚烯烴火炬第1～2級火炬頭(共5個(gè)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(dòng)升級到后續(xù)的分級設(shè)施實(shí)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(shí)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(shí)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(dá)1.8 m，聚烯烴火炬總管管徑也有1.35 m，火炬氣到達(dá)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(shí)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?dú)?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(shí)氮?dú)夂蟠祾唛y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?dú)獍?，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(jī)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(jìn)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?yàn)榛厥諝饪偣軒б海后w進(jìn)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(gè)月對烯烴火炬總管進(jìn)行采樣分析，發(fā)現(xiàn)經(jīng)常帶液。

(2)壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)會在入口加入柴油進(jìn)行機(jī)體冷卻，雖然壓縮機(jī)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(jìn)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(jìn)入裂解裝置加熱爐再燃燒時(shí)，存在堵塞加熱爐燃燒嘴降低燃燒效率的風(fēng)險(xiǎn)。

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(shí)，生產(chǎn)調(diào)度就會發(fā)出壓力低報(bào)警，提醒火炬崗位及時(shí)手動(dòng)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(jì)，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(shí)際情況。當(dāng)火炬總管壓力低于20 kPa時(shí)會依次關(guān)閉3級、4級(3級有5個(gè)火炬頭、4級12個(gè)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(gè)火炬頭、2級3個(gè)火炬頭)排放量太小，不能及時(shí)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(shí)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(shí)自動(dòng)打開調(diào)節(jié)閥，補(bǔ)充天然氣，以防止管網(wǎng)壓力過低時(shí)，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(shí)，會聯(lián)鎖強(qiáng)制打開補(bǔ)氣閥XZV90001，大量補(bǔ)充天然氣，以保證火炬總管壓力為微正壓。所以原設(shè)計(jì)烯烴火炬第1級高于10 kPa即開閥泄壓的設(shè)計(jì)不符合實(shí)際生產(chǎn)要求。

1.7 回收壓縮機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定

1.7.1 故障現(xiàn)象

經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行后，回收壓縮機(jī)排氣溫度經(jīng)常超高，達(dá)到95℃聯(lián)鎖值自動(dòng)停機(jī)。

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(jī)存在的排氣溫度超高問題，發(fā)現(xiàn)存在以下三個(gè)原因：(1)是壓縮機(jī)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(jī)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(shí)，壓縮機(jī)氣液分離器內(nèi)會有劇烈擾動(dòng)，將糊泥狀物質(zhì)帶進(jìn)回收氣總管，并通過回流線進(jìn)入回收壓縮機(jī)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(jī)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(jī)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(jì)人員確認(rèn)，決定利用2020年全廠大檢修機(jī)會，進(jìn)入圍墻內(nèi)，將烯烴、聚烯烴火炬每級更換一支長明燈，共計(jì)31支，以消除存在的生產(chǎn)隱患，及時(shí)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(xì)的管理規(guī)定，加強(qiáng)班組人員HEI和FFG自動(dòng)、手動(dòng)點(diǎn)火能力培訓(xùn)，確保異常工況下的長明燈熄滅再點(diǎn)燃工作正常進(jìn)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(diǎn)。當(dāng)長明燈燃料氣壓力低于1 kg時(shí)，火炬崗位操作人員緊急到現(xiàn)場打開備用氣源閥門，同時(shí)關(guān)閉現(xiàn)有氣源閥門，及時(shí)切換到備用氣源狀態(tài)；當(dāng)現(xiàn)有氣源恢復(fù)正常時(shí)，及時(shí)進(jìn)行切換。見圖4。

圖4 改進(jìn)后設(shè)計(jì)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(shí)，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(shí)刻使用約5400天。可保證長明燈在危急時(shí)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(jī)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(shí)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(jìn)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(jìn)入圍墻采樣化驗(yàn)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?dú)夂枯^高，無法點(diǎn)燃火炬氣時(shí)，請示生產(chǎn)調(diào)度由火炬崗位操作人員現(xiàn)場手動(dòng)投用天然氣(0.3 MPa)進(jìn)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(shí)1 min后聯(lián)鎖關(guān)閉。當(dāng)前五級分級閥降級關(guān)閉時(shí)，火炬氣管道上氮?dú)夂蟠祾唛y立即聯(lián)鎖打開，大量氮?dú)獬掷m(xù)進(jìn)入火炬氣延伸管，只需要在幾秒鐘時(shí)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(yàn)積累，我們將蒸汽分級閥的聯(lián)鎖關(guān)閉延時(shí)時(shí)間確定為1分鐘，可以完全實(shí)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(jìn)動(dòng)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(shí)，一方面在壓縮機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jī)出口工藝流程

圖8 改進(jìn)后的回收壓縮機(jī)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(jìn)入聚結(jié)器后，首先分散進(jìn)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(tuán)，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(jìn)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(dá)到高液位報(bào)警時(shí)，自動(dòng)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(jì)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(shí)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(dòng)情況。

2.5.3 實(shí)施的效果

經(jīng)過半年時(shí)間的調(diào)試，除液聚結(jié)器和氧分析儀分液罐運(yùn)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(bǔ)充天然氣，造成能源浪費(fèi)。規(guī)定烯烴火炬總管壓力不得低于15 kPa，同時(shí)修改火炬氣回收壓縮機(jī)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(shí)(排放量小于回收壓縮機(jī)回收能力)，具有固定回收能力的火炬氣回收壓縮機(jī)通過打回流的方式仍能夠正常持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；以便于烯烴火炬管網(wǎng)隨時(shí)可能頻繁排放的適量廢氣能夠被及時(shí)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(jī)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(dá)到十幾天甚至一個(gè)月不進(jìn)行升級(達(dá)到第1級升級壓力40 kPa)排放廢氣，各裝置正常生產(chǎn)時(shí)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(shí)，說明某個(gè)裝置生產(chǎn)工況出現(xiàn)波動(dòng)，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(shí)，我們會及時(shí)提醒生產(chǎn)調(diào)度反向配合裝置調(diào)整生產(chǎn)運(yùn)行工況，以將裝置生產(chǎn)損失降到最低。

2.7 回收壓縮機(jī)運(yùn)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(jī)內(nèi)柴油管路系統(tǒng)和過濾器進(jìn)行全部清洗，更換新柴油，每半年進(jìn)行一次整體更換；

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

(3)對壓縮機(jī)入口管路柴油噴淋管段噴孔數(shù)量進(jìn)行調(diào)整。原噴淋管段噴孔僅設(shè)計(jì)為一列共11個(gè)4 mm的噴孔。對噴淋管段進(jìn)行改造，在原基礎(chǔ)上新增一列相同數(shù)量的噴孔，以增強(qiáng)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(jī)運(yùn)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(jī)的現(xiàn)象，日常運(yùn)行溫度僅為50℃，即使夏季高溫環(huán)境(氣溫40℃)下，壓縮機(jī)排氣溫度最高僅為75℃，運(yùn)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(jìn)行修復(fù)處理，但經(jīng)過多年的經(jīng)驗(yàn)摸索，現(xiàn)已經(jīng)形成一整套完善的改進(jìn)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(jìn)地面火炬設(shè)施安穩(wěn)長滿優(yōu)運(yùn)行[7]。