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（中石化廣元天然氣凈化有限公司 四川 628400）

火炬系統(tǒng)是一個(gè)本質(zhì)安全系統(tǒng)，是保證工廠正常生產(chǎn)和發(fā)生事故時(shí)的重要設(shè)施，任何工況下都應(yīng)確?；鹁鏆獍踩欧?。火炬氣排放過(guò)程中一旦熄火，且點(diǎn)火不及時(shí)，含有硫化氫的有毒可燃?xì)怏w將聚集在地面火炬設(shè)施周?chē)?，?duì)周?chē)藛T構(gòu)成一定威脅，引發(fā)安全事故。某凈化廠年處理高含硫原料氣能力40億立方米，年產(chǎn)凈化氣能力34億立方米，年產(chǎn)硫磺能力30萬(wàn)噸。自2014年投產(chǎn)以來(lái)，火炬系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行2400余天。

1.火炬長(zhǎng)周期運(yùn)行現(xiàn)狀

(1)火炬系統(tǒng)特點(diǎn)

某凈化廠生產(chǎn)設(shè)施共建設(shè)4個(gè)系列300×104m3/d混合氣（H2S的體積分?jǐn)?shù)為5.55%，有機(jī)硫含量為362.4mg/m3，CO2的體積分?jǐn)?shù)為6.57%）的凈化裝置，采用復(fù)合溶劑法脫硫、TEG法脫水、常規(guī)克勞斯非常規(guī)分流硫磺回收工藝、加氫還原+超重力尾氣吸收處理的工藝路線(xiàn)，總硫回收率達(dá)到99.9%以上。為了確保事故狀態(tài)下的安全排放，火炬系統(tǒng)設(shè)置高壓和低壓兩套排放系統(tǒng)，各自設(shè)置相應(yīng)的分液罐和水封罐，同時(shí)另外設(shè)置一套備用的分液罐和水封罐?；鹁嫠懿捎脙勺豢刹鹦妒礁咚?，其中高壓火炬與低壓備用火炬共架，低壓火炬與高壓備用火炬共架，能在裝置不停工的情況下對(duì)火炬進(jìn)行分別檢修。高壓火炬筒體直徑為DN1000，最大瞬間放空量300000Nm3/h，低壓火炬筒體直徑DN500，最大瞬間放空量29616Nm3/h。按照火炬熱輻射計(jì)算和二氧化硫的落地濃度要求，筒體高度（包括火炬頭高度）為120m?；鹁骖^選用節(jié)能型高效火炬頭，高度2.5m，主體材質(zhì)為310ss，基本無(wú)煙燃燒排放，酸性氣硫化氫燃燒率不小于98%。

(2)運(yùn)行現(xiàn)狀分析

①火炬頭流體密封器折流板部分脫落

高壓火炬在一次高負(fù)荷放空時(shí)火炬頭流體密封器折流板，被吹出火炬頭掉落地面。火炬頭流體密封器[1]采用內(nèi)嵌式流體密封，在火炬頭中，設(shè)304不銹鋼材質(zhì)的錐形折流擋板。其工作原理是在流體密封器入口前端連續(xù)通入一定量的吹掃氣體，利用吹掃氣體在錐形折流擋板出口處形成速度動(dòng)力封以有效阻止空氣進(jìn)入火炬筒體內(nèi)，從而防止回火[2]或內(nèi)部爆炸。

存在風(fēng)險(xiǎn)：正常生產(chǎn)時(shí)火炬管網(wǎng)系統(tǒng)處于正壓，空氣侵入的可能性比較小。異常工況火炬放空氣流量大幅波動(dòng)時(shí)，部分放空氣體溫度較高，停止放空后管網(wǎng)內(nèi)氣體急速冷卻產(chǎn)生真空，引起空氣從筒體頂端倒流入筒體內(nèi)，形成爆炸性混合氣體，從而產(chǎn)生回火甚至發(fā)生爆炸。

防范措施：A.提高高壓火炬燃料氣補(bǔ)氣量，由20Nm3/h提高至30Nm3/h，以增加高壓火炬流體密封氣流量，保障火炬頭防回火能力。B.放空氣進(jìn)入火炬筒前設(shè)置臥式水封罐，入口管伸至水封罐下部，正常運(yùn)行時(shí)水封液位設(shè)置高、低液位報(bào)警和DCS遠(yuǎn)程操控補(bǔ)水功能，始終保持水封液位高度將進(jìn)氣管尾端淹沒(méi)，從而隔斷火炬水封罐前后流程，保障水封防回火功能。

②備用火炬長(zhǎng)明燈高能點(diǎn)火電極故障失效

低壓備用火炬長(zhǎng)明燈2個(gè)高能點(diǎn)火電極，高壓備用火炬長(zhǎng)明燈1個(gè)高能點(diǎn)火電極，因火炬頂部點(diǎn)火電極故障不能點(diǎn)燃所對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)明燈。高空電點(diǎn)火裝置主要由高壓發(fā)生器、點(diǎn)火電極和點(diǎn)火控制箱組成。高壓發(fā)生器和點(diǎn)火控制箱安裝在火炬界區(qū)內(nèi)的地坪上，點(diǎn)火電極安裝在火炬頭高空點(diǎn)火槍下端，高壓發(fā)生器和點(diǎn)火電極之間通過(guò)電纜連接。點(diǎn)火電極由高溫合金和耐高溫陶瓷制成，可持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間發(fā)弧，具有耐電蝕、抗結(jié)焦等特點(diǎn)。點(diǎn)火電極發(fā)出的電火花引燃高空點(diǎn)火槍內(nèi)的燃料氣，火焰從高空點(diǎn)火槍根部傳到頂部，點(diǎn)燃長(zhǎng)明燈。

存在風(fēng)險(xiǎn)：為保證生產(chǎn)裝置在緊急事故工況下將含有硫化氫的酸性氣點(diǎn)燃，火炬采用長(zhǎng)明燈形式，長(zhǎng)明燈按照任何時(shí)候都保持點(diǎn)亮的狀態(tài)設(shè)計(jì)，以確?；鹁鏆獾陌踩c(diǎn)燃。若遇極端天氣，或異常大量氮?dú)夥趴諘r(shí)將導(dǎo)致火炬長(zhǎng)明燈熄滅，此時(shí)生產(chǎn)裝置一旦發(fā)生異常放空，含有硫化氫的酸性氣不能點(diǎn)燃直接通過(guò)火炬系統(tǒng)排放至大氣，存在硫化氫氣體擴(kuò)散造成人員中毒風(fēng)險(xiǎn)。

防范措施：A.高壓備用火炬和低壓備用火炬由4個(gè)配置點(diǎn)火電極的長(zhǎng)明燈共同控制1個(gè)火炬頭來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火，四盞長(zhǎng)明燈成90°角分布在火炬頭周?chē)?，任一個(gè)正常工作即可實(shí)現(xiàn)火炬頭正常點(diǎn)火，且每個(gè)長(zhǎng)明燈點(diǎn)火電極相互獨(dú)立，備用火炬長(zhǎng)明燈故障不影響在用火炬長(zhǎng)明燈正常運(yùn)行。B.每支長(zhǎng)明燈配有鎧裝熱電偶對(duì)長(zhǎng)明燈的工作狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)設(shè)置有溫度低報(bào)和低低報(bào)警，當(dāng)溫度異常下降時(shí)，及時(shí)增加燃料氣補(bǔ)氣量并查明問(wèn)題原因。C.每支長(zhǎng)明燈各設(shè)一套高空電點(diǎn)火裝置和一套地面爆燃點(diǎn)火器，其中高空點(diǎn)火裝置設(shè)置有自動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)點(diǎn)火，長(zhǎng)明燈溫度下降至觸發(fā)自動(dòng)點(diǎn)火溫度設(shè)定值231℃自動(dòng)點(diǎn)火5min，若仍未點(diǎn)燃，則由崗位人員實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)點(diǎn)火。

③低壓備用火炬熱電偶TE-00505故障溫度顯示異常

1#火炬塔低壓備用火炬長(zhǎng)明燈熱電偶TE-00505溫度測(cè)量元件故障，長(zhǎng)明火點(diǎn)著后不能正常檢測(cè)。長(zhǎng)明燈采用了K分度號(hào)接地型熱電偶，反應(yīng)靈敏，能克服漏電流干擾。

存在風(fēng)險(xiǎn)：每臺(tái)長(zhǎng)明燈配有鎧裝熱電偶對(duì)長(zhǎng)明燈的工作狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，熱電偶溫度異常無(wú)法正確檢測(cè)火炬燃燒情況，尤其在白天通過(guò)視頻監(jiān)控或現(xiàn)場(chǎng)就地觀察無(wú)法辨別長(zhǎng)明燈是否處于燃燒狀態(tài)。

防范措施：兩套火炬共配置長(zhǎng)明燈8臺(tái)，每臺(tái)長(zhǎng)明燈設(shè)有2個(gè)熱電偶進(jìn)行測(cè)溫，一用一備，當(dāng)其中1個(gè)故障，定期測(cè)試確保另外1個(gè)正常可用。

2.火炬檢修風(fēng)險(xiǎn)分析論證

(1)檢修風(fēng)險(xiǎn)分析

①高溫?zé)彷椛洌涸诟邏夯鹁孀畲笏矔r(shí)放空量的情況下（300000Nm3/h，包括凈化廠、集輸末站、增壓站故障放空等因素），間距90m的臨近火炬塔架操作平臺(tái)受到的熱輻射強(qiáng)度為4.73kW/m2[3]，依據(jù)《石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH 3009—2013），檢修人員在穿防護(hù)服時(shí)僅有5min逃生時(shí)間。

當(dāng)高壓放空量為100000Nm3/h或者低壓放空35000 Nm3/h時(shí)，間距90m的臨近火炬塔架操作平臺(tái)受到的熱輻射強(qiáng)度為1.58kW/m2，依據(jù)《石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH 3009—2013）[4]，該輻射熱下在火炬檢修平臺(tái)施工是可持續(xù)的，大于上述放空量需考慮有效的防護(hù)措施并及時(shí)撤離。

②SO2中毒：高、低壓火炬放空時(shí)，含有硫化氫的放空氣體燃燒將產(chǎn)生大量二氧化硫，檢修人員在不配備呼吸器的情況下，存在二氧化硫中毒風(fēng)險(xiǎn)。

③高處墜落：火炬頭高度約120m，檢修人員只能通過(guò)直爬梯攀爬到達(dá)火炬塔架各作業(yè)面和頂部平操作臺(tái)，作業(yè)前期準(zhǔn)備工作耗時(shí)長(zhǎng)，人員體力消耗大，同時(shí)部分直爬梯、平臺(tái)及護(hù)欄銹蝕松動(dòng)，人員攀爬、作業(yè)存在高處墜落風(fēng)險(xiǎn)。

(2)安全技術(shù)保障

①統(tǒng)籌安排制定實(shí)施計(jì)劃。火炬系統(tǒng)檢修在生產(chǎn)裝置高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，不可預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)因素多，實(shí)施難度大，提前策劃做好前期施工準(zhǔn)備工作，充分利用大檢修或生產(chǎn)裝置低負(fù)荷運(yùn)行空隙開(kāi)展，可有效降低大量放空時(shí)產(chǎn)生的熱輻射和二氧化硫影響。對(duì)近3年高、低壓火炬放空統(tǒng)計(jì)分析，放空時(shí)間主要集中在30min以下，放空量低壓火炬都在1萬(wàn)立方米以下，高壓火炬都在10萬(wàn)立方米以下，若保持生產(chǎn)裝置低負(fù)荷運(yùn)行可在異常工況時(shí)快速實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步減少放空時(shí)間和放空量，有效保證作業(yè)實(shí)施安全。

②精心操控確保生產(chǎn)平穩(wěn)。制定生產(chǎn)運(yùn)行保障方案，緊盯塔器、工業(yè)爐和高壓電機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，密切關(guān)注溫度、壓力、液位等報(bào)警，及時(shí)開(kāi)展生產(chǎn)異常分析和處置，確保生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行。異常工況單套聯(lián)合裝置高壓放空可通過(guò)限位放空調(diào)節(jié)閥，控制在高壓放空量在100000Nm3/h以下；在高負(fù)荷運(yùn)行期間，若發(fā)生克勞斯?fàn)t跳車(chē)，立即降低運(yùn)行負(fù)荷，實(shí)施克勞斯?fàn)t跳車(chē)熱啟動(dòng)，減少低壓放空；暫停100萬(wàn)立方米以上的批處理計(jì)劃，降低因批處理引發(fā)的沖塔放空風(fēng)險(xiǎn)。

③密切關(guān)注異常氣象信息。結(jié)合二氧化硫擴(kuò)散結(jié)論及《高處作業(yè)分級(jí)》（GB/T 3608—2008）[5]，陣風(fēng)5級(jí)以上（風(fēng)速8.0m/s），不能進(jìn)行高處作業(yè)）；實(shí)時(shí)關(guān)注氣象信息（風(fēng)向、云量、風(fēng)速、太陽(yáng)高度角），安排在風(fēng)力在3～8m/s（即2～5級(jí)風(fēng)）非雷雨天氣和大氣穩(wěn)定度等級(jí)較高的條件下進(jìn)行作業(yè)。

④做好突發(fā)事件應(yīng)急防范。配齊個(gè)體防護(hù)物資，作業(yè)人員同時(shí)佩戴便攜式硫化氫和二氧化硫檢測(cè)儀，配備通訊工具實(shí)時(shí)保持聯(lián)絡(luò)暢通；備用安全帶和防墜器，臨邊作業(yè)正確系掛；備用空氣呼吸器和隔熱服，在發(fā)生低壓放空時(shí)及時(shí)佩戴好空氣呼吸器。結(jié)合檢修內(nèi)容劃定作業(yè)區(qū)域并分步實(shí)施，嚴(yán)格控制區(qū)域作業(yè)人員數(shù)量。制定火炬放空應(yīng)急預(yù)案，明確不同火炬放空情形的防護(hù)措施、逃生路線(xiàn)和安全撤離點(diǎn)。

3.火炬安全運(yùn)行對(duì)策

(1)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)火炬燃燒狀態(tài)

①遠(yuǎn)程監(jiān)控火炬長(zhǎng)明燈燃燒火焰。在距離火炬塔架百米之外的25m高鐵塔上設(shè)置有兩臺(tái)紅外高清透霧攝像機(jī)，對(duì)高、低壓火炬燃燒情況進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視，可以在冬天大霧天氣（人可視范圍20～25倍以?xún)?nèi)的透霧）遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)燃燒是否正常。

②實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)火炬長(zhǎng)明燈燃燒溫度。在每盞火炬長(zhǎng)明燈安裝兩個(gè)熱電偶溫度探頭進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，同時(shí)設(shè)置溫度異常低溫報(bào)警，提前開(kāi)展火炬長(zhǎng)明燈異常應(yīng)急處置。

(2)強(qiáng)化設(shè)備管線(xiàn)腐蝕監(jiān)測(cè)

①火炬系統(tǒng)地面區(qū)域設(shè)置10臺(tái)固定式硫化氫檢測(cè)儀，對(duì)涉硫化氫設(shè)備、管線(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)泄漏監(jiān)測(cè)；在放空管道安裝在線(xiàn)腐蝕探針5臺(tái)，對(duì)管道腐蝕情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

②制定火炬系統(tǒng)超聲波測(cè)厚計(jì)劃，每年對(duì)高低壓火炬系統(tǒng)管道關(guān)鍵部位進(jìn)行測(cè)厚，提前研判腐蝕泄漏風(fēng)險(xiǎn)制定管控措施；定期開(kāi)展年度壓力容器、壓力管道檢測(cè)，消除腐蝕缺陷。

③設(shè)置燃料氣連續(xù)補(bǔ)氣點(diǎn)，每條補(bǔ)氣管線(xiàn)安裝限流孔板，保證最低補(bǔ)氣量，保持火炬系統(tǒng)內(nèi)氣體連續(xù)流動(dòng)，消除酸性氣滯留現(xiàn)象。

④火炬系統(tǒng)水封罐配套設(shè)置火炬酸水汽提裝置，對(duì)火炬水封罐內(nèi)水封水進(jìn)行連續(xù)汽提凈化，清除水封水內(nèi)的硫化氫后循環(huán)使用；保持放空管網(wǎng)0.35MPa伴熱蒸汽暢通，防止管道積存酸水。

⑤定時(shí)巡檢排查硫化氫漏點(diǎn)并及時(shí)采取防范措施，保持管道系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。

(3)嚴(yán)格日常操作與維護(hù)

①設(shè)置火炬系統(tǒng)內(nèi)、外操崗，每天定時(shí)現(xiàn)場(chǎng)巡檢，24h盯盤(pán)。嚴(yán)格控制高壓火炬放空分液罐出口溫度≥4℃，低于4℃時(shí)增大加熱器副線(xiàn)閥，低于-4℃聯(lián)鎖打開(kāi)加熱器主線(xiàn)閥蒸汽供給量，防止低溫凍堵。

②加強(qiáng)在用火炬分液罐存液高度檢查，定期排液不超過(guò)500mm。嚴(yán)格在用火炬水封罐液位及水封溢流狀態(tài)檢查，液位控制在設(shè)計(jì)值600～1000mm，尤其當(dāng)裝置大量排放氣體時(shí)能造成水封高度下降，此時(shí)操作人員必須實(shí)時(shí)觀察并及時(shí)補(bǔ)水。

③定期排放火炬筒體底部積液，排放操作時(shí)必須通過(guò)排液管上的視窗觀察是否順暢，排液完成立即關(guān)閉閥門(mén)。

④正常生產(chǎn)禁止人員隨意攀爬，惡劣天氣、火炬放空時(shí)嚴(yán)禁人員在火炬塔架下停留；定期采用無(wú)人機(jī)對(duì)火炬塔架及附屬設(shè)施開(kāi)展隱患排查，重點(diǎn)排查火炬塔架本體是否存在缺陷，螺栓等附件是否存在松動(dòng)、缺失。

(4)固化火炬異常處置程序

①制定《火炬長(zhǎng)明燈熄滅現(xiàn)場(chǎng)處置方案》，定期演練測(cè)試備用火炬長(zhǎng)明燈點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行情況，如果低壓火炬出現(xiàn)酸性氣放空時(shí)，則在低壓火炬分液罐入口增補(bǔ)燃料氣，使酸性氣充分燃燒。

②火炬系統(tǒng)配備一套備用火炬設(shè)施，定期維護(hù)作為高、低壓火炬系統(tǒng)的備用系統(tǒng)。制定《高壓火炬切換至高壓備用火炬切換方案》，當(dāng)高壓/低壓火炬安全運(yùn)行能力嚴(yán)重下降時(shí)，切換至備用火炬系統(tǒng)運(yùn)行。

4.總結(jié)

火炬系統(tǒng)作為氣田安全運(yùn)行至關(guān)重要的安全設(shè)施，尤其是在面臨裝置高負(fù)荷生產(chǎn)運(yùn)行期間，無(wú)法進(jìn)行停工檢修，長(zhǎng)周期安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)不可忽視，而裝置不停工開(kāi)展火炬系統(tǒng)檢修各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)疊加實(shí)施難度大，需采取有效管控措施消減現(xiàn)有故障安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)需強(qiáng)化火炬系統(tǒng)日常安全運(yùn)行與維護(hù)，確保異常工況下安全可靠運(yùn)行。