天然气处理厂火炬放空阻火设施的设置-.pdf

} i 28 N天 AT U 然 RA L 号 GA 与 SA 西 ND O 油 i L i 2 0 1 1 年 1 o 月 天然气处理厂火炬放空阻火设施的设置 胡玲关昌凯唐大威刘慧敏左敏 中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司 ， 四川成都 6 1 0 0 1 7 摘要 为了防止 火炬放 空时发生 回火 ， 引发火 灾、 爆 炸等事故 ， 有 必要对 火炬放空 系统阻火设施 的设 置进行研究。通过分析火炬放空过程 中发生 回火的工况， 以及 防止火炬 回火和爆 炸所采取 的措施 。 调研 了中国石油集 团工程设计有 限责任公 司西南分公司设计 的几个 天然 气处理厂及炼油厂 的火炬 放 空系统 阻火设施 的设计 、 使用情况 ， 对 国内外相关标 准 中关于 阻火设施 的设置规定进行 了分析对 比。 列举 了国 内阻火设施发生故障的案例 。 天然 气处理厂 火炬放 空系统 中阻火设施 的设置 是极其重 要 的。火炬头应选 择带有吹扫气的阻火设施， 放 空系统设置 阻火器 需慎重。 关键 词 火炬 ； 阻火设施 ； 浮力型 密封 ； 速度 型密封； 吹扫气 文献 标识 码 A 文章 编号 1 0 0 6 5 5 3 9 2 0 1 1 0 5 0 0 2 8 0 3 0 前 言 天 然 气 处理 厂火 炬 放 空 系统 中阻 火 设 施 的设 置 是 极其 重要 的 。事 故 状态 下 ， 当系 统 内排放 的烃类 气 体和空气混合后 ， 其浓度达到 了爆 炸下 限， 同时遇 到 明火时， 火炬放空系统即发生燃烧爆炸。 1 火炬放 空系统发 生回火的可 能工况 a 当] 二 厂停运 ， 吹扫气断流失去密封时 ， 火炬简 体及放空管 内存 留的烃类气体 和 自火炬头顶端倒 流 人火炬放空系统的空气混合 ，在达到爆炸下 限时 ， 立 刻 发 生爆 炸 。 b 在 火炬 点 火过 程 中 ． 由于未 置 换尽 火 炬放 空 系 统 中的空气与放空的烃类气体混合 ，且处于爆炸下 限 ， 此 时点 燃 长 明灯 有 可能 引发 回火爆 炸 。 c 当火炬在燃烧过程 中， 排放气量急剧减少流速 很 低 ， 火炬 及 放空 管 直径 又偏 大 时 ， 吹 扫气 量 不 足 ， 不 能将大气 中的空气 阻止在火炬头外 ， 空气倒流人火炬 放空系统 ， 在达到爆炸下限 ， 即刻发生 回火爆炸 。 2防止 回火和爆炸的措施 2 ． 1 放空气体压力高于大气压 应保 证火 炬 放 空 系统放 空 气体 压 力 高 于大 气压 。 在此工况下即使火炬未放空 ， 但 只要在靠近火炬头处 连续 注入 吹 扫气 燃料 气或 惰性 气体 。如果 火炬 头未 设 吹 扫气 密 封 ， 注人 气 体 的最 小 流速 约 为 0 ． 2 ～ 0 ． 3 m ／ s 即可阻火 。 对 没 有 吹 扫 气 密 封 设 施 的 火 炬 头 ， 文 献 ⋯提 到 “ 浮力型密封 。 要求 吹扫气的流速为 0 ． 0 0 3 m m ／ s ； 速度 型密封 ． 要求吹扫气的流速为 0 ． 0 0 6 ～ 0 ． 1 2 I I l I l l ／ S ” 。 国外某公 司规范 【 指 出 ， 可 以利 用公式 或插 图 收 稿 日期 2 0 1 0 1 0 2 9 基 金 项 目 中困石油天然气集团公司重点 工程 资助项 目 Z 2 0 0 5 3 作者简介 胡玲 1 9 7 9 一 ， 女 ， 四川资阳人 ， 1 程师 ， 学士 ， 主要从事天然气处理与加丁的研究与设计工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 9 OI L AND GAS T REA TI NG AND PR OCE S SI N 期 G l油 与 加 工 l2 9 l油 亏 加 工 I 来 计算 防止 火炬 放空 管线 回火 所需 吹扫 气初 始 流 率 。 由上述可见 ， 不同的公 司标准所要求的吹扫气速 率均有所差别 ，故还需咨询火炬头制造商 的要求 ， 在 实际工程设计 中 ， 要综合各方面因素进行考虑 ， 以选 择合 适 的吹 扫气 量 。 2． 2火 炬头设 分 子封 分 子封 防 止 回火 的 原理 是 当火炬 处 于停 工或 者 放 空量 过小 时 ， 从 火炬 筒 进 口管 道 上 连续 通 入分 子 量 比空气小的吹扫气体 ， 如氮气或 甲烷 ， 这些气体聚集 在 分子 封 中 ．阻 止空 气从 火 炬 顶 部倒 流 人 火炬 筒 ， 从 而避免在系统内形成爆炸性气体混合物。通入吹扫气 密封的流量是影响分子封效果 的主要 因素 ． 密封气 的 设 计 流量 可 按 照其 在 火 炬 出 口处 流 速 0 ． 0 1 5 ～ 0 。 0 5 m ／ s 计 算求 得 。 由 2 ． 1 、 2 ． 2可以看出， 火炬设置分子封 ， 将大大减 小吹扫气的用量。近年来 ， 分子封 由于其本身具有一 定 的优 点 ， 已经大 量 运用 在 各 种低 压 火炬 上 。但是 分 子封的结构也有其局限性 。 比如由于迷宫式气体密封 件容易被紧急降压启动时产生的冲击负荷破坏 ． 造成 堵 塞 。 因此 国外 的一 公 司规 定 ， 分 子 密封 只适 用 于火 炬 巾气体速度不超过 6 0 m ／ s的低压火炬 ， 并禁用在高 压 火炬 上 。 中 国石 油 集 团 工 程 设 计 有 限 责 任 公 司西 南 分 公 司 简称 C P E S W设计的克拉 2气 田中央处理厂 2 套 火 炬 ， 选 用 的是 沈 阳黎 明公 司 的低 压 火炬 ． 排 放 能 力各为 1 5 0 0 x l 0 m 3 ／ d ， 设置有分子封 。 使用燃 料气作 吹扫 气 ， 吹扫 气的 量为 1 3 m ／ h ， 火炬头 出 口速 率约 0 ． 0 0 1 5 m ／ s ； 长 北 气 田 中 央 处 理 厂 火 炬 E 3 ] ， 选 用 的 是 H A I WE I 公司的高压多点式音速火炬 ． 排放能力 5 0 0 x l 0 4 mT d ， 未设置分子封 ， 使用氮气作吹扫气 ， 吹扫气的 量为 5 0 m ， 火炬头 出 口速率 约 0 ． 0 3 m ／ s ； 迪那 气 田 油 气 处 理 厂 火 炬 ． 选 用 的 是 J O HN Z I N K 公 司 的 C O A N D A高压火炬 ， 排放能力 1 8 0 0 1 0 m 3 ／ d ， 使用燃 料气作为吹扫气， 未设置分子封， 吹扫气的量为 2 3 m 。 火炬头出口速率约 0 ． 0 0 3 m ／ s 。 可见不同的火炬头制造 商 ， 吹扫气密封设施不同 ， 吹扫气量也有所不同 ， 且吹 扫气 量都 较 文献 中提及 的数值 小很 多 2 ． 3保证 火炬 简 出 口流 速 国内在 2 0世纪 7 0年代末 引进 分子封型火 炬头 前 ， 在火炬燃烧过程 中， 为保证简体 的出15放空气 的 速度大于一定数值 ， 通常情况下也注入燃料气或惰性 气体 。注入气体 的最小流率按保证简体 出 口流速 为 0 ． 9 ～ 1 ． 2 m ／ s 计算求得。 2 ． 4火炬 放 空管路 上设 水封 罐 水 封罐 也是 防止 回火 和爆 炸 的可 靠 措施 之 一 ， 目 前水封罐广泛应用于炼油厂火炬放空系统 。 但是水封 罐有其局限性 ， 当放空气体为低温气体时水封罐可能 结冰。在寒冷地域 ， 如果伴热保温不好 ， 罐内液体也容 易 结 冰 ， 此 时 需要 注入 防 冻剂 。水封 罐 还会 增 加放 空 气 排放 阻 力 ， 并 引起 水封 罐周 围管 道 的振 动 ⋯。 当放空 量较小时 ． 可能引起火炬火焰形成 脉冲状 ， 水封罐无 法对上游侧的放空管进行 回火保护 。基于 以上原 因， 近年来 同内的天然气处理厂 已经很少使用水封罐 防 止火 炬 回火 和爆 炸 。 3阻火器的运用 根据文献[ 5 3 放空管道必须保持 畅通 ， 任何可能引 起放 空 管道 畅通 的 因素 都要 避 免 。 因此 ， 在放 空 管 道 上安 装 阻火器 必须 慎重 。 一 般 的阻火器是 由铜丝 网等阻火材料组成 ， 由于 其结构的特殊性 ， 可能存在以下几个问题 a 由于放空气体流速较高 ， 容易破坏阻火器结构， 丝网脱落后残留在放空管道中不易察觉 ，时间长了极 易造成堵塞 b 放空气体若含有少量杂质 ， 可能造成阻火器堵 塞 ， 阻断 放空气 流 c 如果 阻火器 安装 在靠近 火炬端 ， 在 火炬点 燃后 ， 由于热膨胀等因素， 可能导致事故发生 ； d 放空气含有 H S等腐蚀介质时l 6 ] ， 放空管道中 易 生成 硫 化 铁 ． 引起 自燃 的风 险 应 当 予 以考 虑 ， 设 计 和选材都应引起重视 国外一些公司规定 ， 只能在无法使用吹扫气且排 放气体是洁净烃类气体时才可使用阻火器 ， 一般来说 设置了阻火器需同时设置相应的爆破片 ， 阻火器的位 置应靠 近放空火炬端 ， 但需为其维护和检查留出一定 通道 ， 目的是 为 了 防止放 空 管 内发 生爆 炸 。应 该 定期 检 查安 装 的所 有 阻火 器 ， 特 别是 那 些没 有 连续 放 空气 体通过的阻火器 、 处于吸人工况下使用 的阻火器和堵 塞危险相对较高的阻火器。 4阻火设 施事故案例 案 例 一 ，最 近 国 内某 炼 油 厂 因为 1 1 0 k V外 电 网 架空线遭雷击 ， 引起厂内短时停电 ， 导致合计约 1 5 0t ／ h 排放量 的气体排 向设计能力为 9 1 0 t ／ h的火炬， 由于火 炬分子封制造质量上的缺陷 。 分子封 内的钟罩脱落堵 塞 火 炬 筒 体 ， 导 致 火 炬 排 放 不 畅憋 压 ， 当火 炬 系统 压 力 达 到 0 ． 2 2 MP a时 ．又引 发大 约 2 5 0 t ／ h的 裂解 气排 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m } ； 3 O j 薏 戛 惠 f 2 0 1 1 年 1 0 ,El 往火炬系统 ， 火炬系统压力随之增至 0 ． 5 9 1 MP a ． 超 出 了裂解炉出口裂解气管线的设计压力 ． 该管线的设计 压力为 0 ． 3 5 lP a ， 使裂解炉出口裂解气管线膨胀节失 稳泄漏着火 ， 发生重大火灾事故 。这是一起 由火炬分 子封制造质量引起火炬堵塞 ， 分子封内的固定筋板与 钟罩的连接方式不尽合理 。造成连接处成为薄弱环 节 ， 在 系 统停 车 时造 成 火 炬 憋 压 ． 最 终 导 致 裂解 炉 出 口裂解气管线膨胀节失稳泄漏着火的火灾事故。 案例二 。 某炼油厂火炬放空系统的火炬头设有分 子封 ， 且放空管上又增设阻火器 、 水封罐等阻火设施 ， 在开工试车时刚一通人放空气就将阻火器中的铜丝 网吹至下游的水封罐 内。同时 ， 水封罐 内的水也全部 吹至火炬筒底部 ， 使这些阻火设施形 同虚设。 5 结论 通 过 对 天 然 气 处理 厂 火 炬 放 空 系统 可 能发 生 回 火爆 炸 的工 况 的研 讨 ． 了解 了火 炬 放空 系 统发 生 回火 爆炸危 害及防 回火爆炸设施对火炬系统安全运行 的 重 要性 。 根 据 对 C P E S W 近 年来 设计 的火 炬放 空 系统 工况的调研 ， 作者对天然气处理厂火炬放空系统 中阻 火设施 的设计提出如下建议 a 火炬头应带有吹扫气 的阻火 设施 ； b 放 空 系统设 置 阻火 器需 慎重 。 参考文献 [ 1 ] A p I 5 2 1 2 0 0 7 ， G u i d e f o r P r e s s u r e Ke l i e v i n g a n d De p r e s s u r i n g S y s t e ms [ S ] ． [ 2 ] D E P 8 0 ． 4 5 ． 1 0 ． 1 0 2 0 1 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