火炬调研报告8.docx

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火炬调研报告8

火炬调研报告

一.调研目的

通过调研对火炬生产厂家的设计、制造能力进行了解，对整个火炬系统建设工期进行实地考察，为选择最佳火炬系统技术方案提供依据。

二、概述

本次调研火炬供应商3家，3个工程业绩，考察地点位于辽宁、内蒙古。

三．调研内容

火炬考察了陕西金黎明、江苏中圣、北京航天11所三家单位的三个工程实例。

山西金黎明工程实例：

大连大化龙岛石化有限公司60万吨/年石油液化气芳构化制轻芳烃项目高架火炬，3个火炬捆绑1个塔架160米高。

2个碳氢气火炬，1个酸性气火炬。

2008年9月开始建设，2009年7月投产。

碳氢气火炬采用S型火焰稳定器结构，材料为镍基高温合金GH3030。

火炬头从顶部向下3000mm长度内采用310SS材料，多根蒸汽——空气喷管采用310SS材料，来保证高温强度和耐腐蚀性能，保证火炬头使用寿命。

所有顶部蒸汽喷嘴和与其连接的立管均采用310SS材料。

现代化航空和航天技术，对火炬头、节能长明灯采取延寿措施，在顶部蒸汽喷嘴、蒸汽立管、节能长明灯头部、S型火焰稳定器上面采用烧结高温陶瓷新工艺，它使火炬头耐高温、耐热腐蚀、顶部蒸汽喷嘴无积碳，从而延长了火炬头使用寿命，同时也使火炬头外形美观，经国内用户长期使用证明，火炬头使用寿命至少多延长了6年。

在火炬头筒体组件内部下方设置3级流体密封器（挡板式射流密封器），材料为310SS。

蒸汽环管上面分布蒸汽喷嘴，采用熔模精密铸造，材料为310SS在火炬头底部梅花喷嘴外围设置消音器，消音器内设耐高温陶瓷纤维棉，消音器材料为304SS。

酸性气火炬，稳火环采用湍流燃烧设计技术,材料为镍基高温合金GH3030。

GH3030为飞机发动机燃烧室材料。

采用引射技术，在火炬头筒体上部设置气体引射防风罩，使火炬头无烟燃烧。

材料为310SS。

从顶部向3000mm长度内采用310SS材料。

采用烧结高温陶瓷新工艺（用于飞机发动机燃烧室内的特殊工艺），它使火炬头耐高温、耐热腐蚀,从而延长了火炬头使用寿命6年在火炬头筒体组件内部下方设置3级流体密封器（挡板式射流密封器），材料为310SS。

采用LSHZD03型火炬自动点火系统（防爆型）1套；LSHD02型地面内传燃式火炬点火器（防爆型）1套。

大连大化龙岛石化有限公司60万吨/年石油液化气芳构化制轻芳烃项目高架火炬

江苏中圣工程实例：

内蒙古神华包头60万吨/年煤制烯烃项目全厂火炬装置。

负责处理各装置开/停车工况、正常工况及事故工况下排放的可燃气体，根据各装置的排放量、排放气的成分及压力，将全厂火炬气分成5套系统：

即高压富氢火炬系统、低压富氢火炬系统、低压重烃火炬系统、超低压重烃火炬系统、酸性气火炬系统，火炬装置设3套燃烧排放装置：

即：

高压富氢火炬、低压重烃火炬、酸性气火炬，三套火炬共塔架敷设。

设置高压富氢火炬一座，处理来自高压富氢火炬系统和低压富氢火炬系统的火炬气，相应的配套设施有DN1800的高压富氢火炬头、射流式分子密封器、火炬筒体、4台高空点火器和4台长明灯。

设置低压重烃火炬一座，处理来自低压重烃火炬系统和超低压重烃火炬系统的火炬气，相应的配套设施有DN1600的低压重烃火炬头、射流式分子密封器、火炬筒体、4台高空点火器和4台长明灯。

酸性气火炬一座，处理来自酸性气火炬系统的火炬气及其他火炬系统中的小流量火炬气，相应的配套设施有DN450的酸性气火炬头、射流式分子密封器、火炬筒体、3台高空点火器和3台长明灯。

为了确保点火可靠，三台火炬共用1台爆燃式地面火炬作为备用。

神华包头60万吨/年煤制烯烃项目全厂火炬

三台火炬共用1台爆燃式地面火炬作为备用

3座火炬共塔架敷设，火炬总高度150m。

为确保火炬系统安全稳定的运行，设置高压富氢水封罐一台，低压重烃分液罐、低压重烃水封罐各一台，超低压重烃分液罐、超低压重烃水封罐各一台，安全水封罐一台，酸性气分液罐、酸性气凝液收集罐各一台，烃类凝液收集罐一台。

为保证点火系统安全稳定运行，设置仪表空气缓冲罐、燃料气分液罐和燃料气精密过滤器。

火炬气排放系统及燃烧系统设置本质安全的仪表检测、控制、联锁系统。

为保证供电可靠，设置双电源切换的防爆动力配电箱、设检修电源插座，并进行火炬塔架、管廊、管道、动静设备的防雷、防静电接地。

北京航天11所工程实例：

云天化呼伦贝尔金新化工有限公司，煤化工四合一高架火炬。

是云天化集团在呼伦贝尔陈巴尔虎旗投资建设大型BGL百万吨级煤化工项目50万吨合成氨80万吨尿素/年工程配套工程。

该火炬在2009年7月开始建设，于2010年11月安装竣工，过了漫长的冬季休工期后，在2011年5月点火调试，2011年8月开车试运行成功，并已经经过多次的燃烧运行。

目前火炬具备开车运行的条件，在等待上游主装置的开车（预计在9月中上旬）时即可投入运行。

呼伦贝尔金新化工四合一火炬

此火炬系统用于呼伦贝尔金新化工有限公司年产5080项目。

火炬系统应保证本项目在正常、开工、事故、紧急、非正常生产工况下产生易燃、有毒气体能够及时、安全、可靠地放空燃烧防空燃烧，并满足相关环保要求。

此火炬系统为高架四合一火炬装置，用来处理气化装置开车及装置事故状态排放的煤化主排放气、含氨排放气、酸性排放气和连续含氨低温排放气，四支排放气分别经过不同释放管进入一个火炬头，本火炬的最大技术特点为四合一火炬头技术，即采用一套火炬燃烧装置，处理上述四类排放气体（煤化主排放气、含氨排放气、连续含氨低温排放气以及硫回收装置的酸性气体）。

从燃烧机理上对于酸性气和氨排放气采用伴烧和掺烧，控制燃烧热解平衡温度，并采用燃烧室结构，实现酸性气和氨排放气的热解燃烧反应时间，使燃烧完全。

呼伦贝尔金新化工火炬地处内蒙古北部，极端最低气温度-45℃，基本风压0.65KN/m2，最大积雪厚度260mm，地震烈度6度（麦加里度）。

火炬最大处理能力：

煤化主排放气DN1000/450000Nm3/h（设计裕量按最大量的115%）；氨排放气DN600/200000Nm3/h（设计裕量按最大量的115%）；低温氨DN100/145Nm3/h（设计裕量按最大量的115%）；酸性气DN300/12160Nm3/h（设计裕量按最大量的115%）；

火炬总高：

80米，防爆等级dIICT4，仪表防护等级IP65，电气防护等级IP55，就地控制柜的进出口应配置相应的格兰头，其防护等级不小于IP55。

火炬系统按全自动化无人值守设计。

材料选择和设备的设计考虑现场的低温环境温度和大风环境。

火炬界区内的阻力降≤45KPa。

设置长明灯采用防风型，保证在当地最大风时燃烧稳定。

火炬系统将四路排放气管线系统（主排放气、氨排放气、氨连续排放气、酸性排放气）共用一个火炬装置，与公用工程（包括水、仪表空气、工艺空气、蒸汽、氮气）管道统一布置在火炬界区管架和塔架上。

火炬系统设备包括火炬头、长明灯、高空点火器、分子封、火炬筒体（主排放气筒体、氨排放气筒体、酸性排放气筒体）、水封罐、分液罐、凝液罐、火炬点火撬、塔架及设备的平台和梯子等。

火炬主体安装在塔架上，塔架采用一座等边三角形变截面柔性钢结构支架，塔架设置爬梯和火炬安装平台。

所有设备布置在火炬界区内，采用露天布置。

设备布置如下：

在火炬塔架上布置安装4套火炬筒体、1个火炬头、1台分子封、4台高空点火变压器、辅助管线等。

在地面布置安装分液罐、水封罐、凝液罐、腐蚀泵、点火盘及控制箱等设备。

主要建筑和构件有75米塔架、管廊、管支架、避雷及接地装置、照明和航标灯装置、消防装置、配电柜等。

装置开停车、事故紧急工况下排放气送到主放空管线，通过长明灯引燃排放气将其在火炬头处点燃焚烧处理，排放方式为间断排放。

总管排放流程为：

放空气进入总管DN1000→分液罐（排液泵）→水封罐→火炬筒体DN1000→分子封→流体密封器→火炬头。

火炬头配置4套长明灯和4套高空引火器，经点火装置点燃长明灯，通过长明灯引燃排放气。

火炬的燃烧状态监测采用每只长明灯设热电偶检测。

在水封罐的上游的排放气总管上设有压力变送器，信号送PLC，用于检测排放气排放状态。

该火炬头采用扩散式燃烧器，由于排放气含有酸性成分，并同时处理氨放空气，因此火炬头配置有伴烧装置。

合成氨管线:

氨合成气排放为安全阀超压排放，最大设计排放量171666Nm3/h。

为避免含氨排放气经过水封罐而析出氨盐，采用凝液罐，氨气经竖筒，凝液收集到凝液罐，气相送火炬头进行伴烧处理。

合成氨排放管流程为：

DN600→阻火器→凝液罐→火炬筒体DN600→火炬头。

为防止碳氨结晶挂壁和在露点以下腐蚀排放管路全程采用蒸汽伴热保温。

合成氨排放气含有较多的NH3,氨的热分解温度高，氨的热分解反应直接受反应温度的影响，在没有H2S和水的状态下，1100℃时90%的氨分解，在1200℃时氨气的分解达到100%。

氨气与氧气在大于1200℃的环境下，才开始发生实质的氧化反应，且反应微弱。

因此，烧氨反应必须具备较佳的反应条件和环境。

在正常的空气配风条件下难以燃烧，必须具备高温和富氧条件，才能较好的进行分解氧化燃烧。

该火炬采用高温焚烧氨气方式，氨排放管道接入火炬头，氨排放口设置在火炬头的中心，开口向上，形成独立的中心烧氨燃烧器，在火炬头的周围配置伴烧器，通过伴热烧嘴将烧氨温度控制在氨的热分解温度和烧氨反应温度，根据计算最大排放量的混合气组份燃烧温度平衡在1386℃，为了避免NOx生成，燃烧平衡温度控制在1250-1350℃。

通过伴烧烧嘴的引射配风满足富氧条件，使含氨的排放气充分焚烧。

伴烧所需的燃料气由燃料气管线的（HV）调节阀根据火炬燃烧温度进行控制调节，系统能够实现焚烧温度联锁控制。

低温氨气体为连续排放，此管线需保温伴热。

氨排放气火炬采用独立的排放燃烧装置，在主火炬头的外围设置单独连续烧氨DN80火炬头，在该火炬头的旁边设置长明灯对其伴烧。

其排放流程为：

DN80低温氨排放管来气通过阻火器、排放筒体到烧氨火炬头燃烧处理。

此主火炬头中，采用引射配风预混伴烧的酸性火炬燃烧器的专用方式来处理异常情况下H2S酸性排放气,确保酸性气在热分解温度条件下（600-800℃）高温分解燃烧。

酸性排放气流程：

DN300→阻火器→主火炬头。

并在火炬头和系统配置燃烧伴烧装置。

由于酸性排放气含有92.5%的CO2，热值很低，排放气中的有害成分有5%H2S和少量HCN，为使排放气具有一定的热值，以便提高其燃烧强度，系统配置辅助燃料气的掺烧系统，燃料掺烧量由HV阀调节控制。

火炬流程控制，酸性火炬和含氨排放及低温氨火炬采用阻火器阻燃；主火炬采用水封罐液位密封，远传液位计，将设定的液位信号送控制箱，通过PLC控制进水管线上的切断阀XV来控制液位的平衡。

主火炬采用分子密封器和动态流体密封器；酸性火炬和含氨排放及低温氨火炬采用动态流体密封器。

火炬点火形式：

高空电点火二次引燃式。

系统配置的高空电点火装置，可分别点燃火炬头上的长明灯，通过长明灯的火焰来二次引燃火炬放空气。

火炬的燃烧状态检测采用铠装热电偶，热电偶温度信号入PLC，由PLC联锁控制；当监测到火焰熄灭，自动执行熄火流程，当监测到无火状态，则作为点火启动流程的必要条件之一。

在水封罐上游的排放气总管上设有压力变送器，用于检测排放气排放状态。

作为点火流程、熄火流程的联锁条件之一。

火炬系统设施包括下列设备：

火炬头、长明灯、高空点火器、分子封、火炬筒体、水封罐、塔架、分液罐、凝液罐、点火控制盘（内置4套高空电点火装置）和筒体底部保温伴热装置。

由于本火炬头为多火炬合并式燃烧器，包括煤化开工和事故火炬放空气、酸性火炬气、氨放空气、低温氨排放气，排放组分复杂，合理的组织燃烧尤为重要。

根据各组分排废气的特点，设主火炬头和低温氨燃烧器。

低温氨燃烧器设置在主火炬头长明灯附近，做到随时可以被引燃，另外长明灯也作为为低温氨燃烧器的伴烧器。

该火炬头最关键的核心技术是多路排放气在一个火炬头中实现组织燃烧，确保在排放运行负荷范围燃烧稳定，最大排放时不产生脱火和吹熄，最小排放时避免回火。

针对不同的排放气，氨、酸性气、低热值煤化释放气的燃烧特性，采取掺烧、伴烧、扩散燃烧及高温热解后的灼烧等燃烧技术。

此火炬头本体为圆锥筒形扩散型燃烧器，由火炬头内筒体、灼烧室、火焰稳定装置、动态流体速度密封环、伴烧器等构成。

规格为直径DN1000XD1700，高4000，配置4套长明灯、4套高空引火枪。

点火操作盘：

220VAC供电，由4路长明灯燃气管线、4路高空点火器切断阀组合管线、电点火装置橇装在一个整体钢结构框架中。

火炬筒体共有四支，主排放气筒体DN1000；酸性气筒体DN300；氨排放气筒体DN600；低温氨排放气DN80。

火炬设置水封罐，该水封罐为立式，置于全厂火炬塔架底部。

规格DN4400X15000，该罐的水封液面有一定高度H，通过水封液面避免排放气反窜和回火，达到火炬安全放散。

通过新鲜水补水管路和水封腿排水设施实现水封液面平衡。

为了分离气体中较大的液体，煤化火炬设置分液罐，避免火炬燃烧时带液引起“火雨”现象。

该分液罐为卧式，放置在火炬气进水封罐前的界区内，规格DN4800X20000。

为避免空气反串进入火炬筒内，在主火炬头入口前设置分子封。

本分子封采用氮气作为静态密封气，规格DN2200X5500。

塔架为无缝钢管珩架结构，总高75m，呈三角形变截面，塔架在竖直方向分为多个塔段，每个塔段均为刚性构架，各塔段间连接用法兰连接。

钢结构预制采用热浸锌和热喷涂防腐，连接螺栓均为镀锌螺栓。

经考察，火炬的设计制造安装周期约10个月，投资根据火炬的高度、火炬头个数及塔架的形式不同，有较大差别。

据初步计算合成气分离装置的火炬高度约70米左右，2个火炬头采用固定式塔架投资应在600万左右。

考察的三个火炬供应商，都有较强的技术能力，在国内都是一流的，制造能力强，尤其是火炬头的制造，组织燃烧方面都有独到之处，如陕西金黎明点火技术采用的是航空发动机点火技术及多种特殊材料。

江苏中圣拥有低热值,酸性气体燃烧排放火炬头专利。

北京航天11所，采用4合1的火炬头技术，利用高热值火炬气处理低热值火炬气，简化火炬头个数，降低成本。

控制系统建议采用西门子S7300或S7-400的冗余配置，确保火炬系统的安全。

凝液泵备用电源的设置也是本次考察的重点，考察的4个工程均未配置柴油发电机作为凝液泵的备用动力电源，而是采用双电源，或提高火炬系统用电等级。

总之，我们的火炬设计遵循SH3009-2013标准。

要保证各装置排出的火炬气能及时稳定燃烧，且燃烧充分，从而使易燃和有害物质转变为不燃和无害物质，并且要求能耗（蒸汽、电或水）最低，燃烧的产物对周围环境的污染符合有关规定、产生的光、热辐射、噪声等应满足规范要求；火炬系统的设计要能阻挡或分离火炬气中足够小直径的液滴，使之不被夹带至火焰中而造成“火雨”事故；火炬的设计结构简单，制造容易，选材得当，使用寿命长、总量轻，便于安装和维护检修；采用捆绑式火炬技术，对不同的火炬排放系统进行优化，设置常燃火炬，将正常排放、安全阀泄漏以及开停车工况排出的较小流量火炬气体充分燃烧，保证事故火炬不发生焖烧现象，从而延长火炬使用寿命；设置可靠的长明灯，做到火炬气随来随烧而不致未经燃烧排空；按火炬气不同排放组成、不同排放压力分成不同的排放系统，以确保各装置火炬气的排放安全；考虑火炬火焰所产生的热辐射对周围和地面上的设备和人员的影响，从而保证设备和人身安全。

未解决的问题：

1、冷火炬是否采用分液罐待谈技术协议时再明确2、冷火炬筒体直径增加，是否取消阻火器，若取消，安全措施待定。

四、总结

通过此次调研，对三家火炬供应商的设计、制造、安装能力有了进一步的了解，三家供应商都具备如期建成本项目配套火炬的能力。

此次调研得到公司领导的大力支持，也得到了火炬厂家的大力协助，在此深表感谢！

火炬调研小组

2014年8月