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1、火炬调研报告第 1 页 共 14 页火炬调研报告一.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
2、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，从而延长了火炬调研报告第 2 页 共 14 页火炬头使用寿命，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
3、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
4、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。火炬调研报告第 3 页 共 14 页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
5、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，处理来自火炬调研报告第 4 页 共 14 页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
6、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火炬调研报告第 5 页 共 14 页三台火炬共用 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
7、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火炬调研报告第 6 页 共 14 页建设大型 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，2
8、011 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火炬调研报告第 7 页 共 14 页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
9、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 / 450000 Nm3/h（设计裕量按最大量的 115%） ；氨排放气 DN600 / 200000 Nm3/h（设计裕
10、量按最大量的 115%） ；低温氨 DN100 / 145 Nm3/h（设计裕量按最大量的 115%） ；酸性气 DN300 /12160 Nm3/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，其防火炬调研报告第 8 页 共 14 页护等级不小于 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
11、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
12、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，通过火炬调研报告第 9 页 共 14 页长明灯引燃排放气。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。
13、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
14、%。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。通过伴烧烧嘴的引火炬调研报告第 10 页 共 14 页射配风满足富氧条件，使含
15、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
16、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。火炬的火炬调研报告第 11 页 共 14 页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
