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为什么火炬一直在冒黑烟? 独家分享:火炬系统VOCs排放管控

在能源日趋紧张、环境污染日益严重的今天,节能减排越来越受到企业和政府相关部门的重视。如何节约能源、减少环境污染、实现可持续发展已成为石化行业必须面对的课题。本文就火炬系统的现状和节能减排技术进行分析。

 1. 火炬系统是石化、天然气、冶金等行业生产工程中的安全排放设施。 火炬系统建设的目的是保证在生产过程中和紧急事故时能及时、安全的将装置中的可燃气体进行放空燃烧。

 2. 火炬系统的分类。火炬系统分类方法较多,按照运行压力可分为高压火炬和低压火炬;按照是否远离地面分为高架火炬和地面火炬。

3. 火炬的组成。一个完整的火炬系统包括火炬管网系统和火炬气回收系统、火炬气放空系统。      a.火炬管网系统为整个火炬系统中最重要组成部分,包括与管网相连的安全阀、泄压阀、截止阀等设备和设备相连的尾管、装置的汇管、总管等。

b.火炬气回收系统主要分三类,一类是用压缩机将火炬气送至燃料系统作为燃料进行燃烧。二类是送至回收装置(如活性碳回收装置)进行原料回收,三类是将火炬气用压缩机的方式送至气柜进行气柜贮存再送至燃料系统燃烧。并不是所有的火炬系统都回收系统。

c.火炬放空系统主要包括分液罐、水封罐、火炬筒体、分子封、火炬头等设备。  

4. 火炬的排放管控。对于一个设备完好、生产稳定的装置而言,理论上不存在向火炬系统排放气体的情况,在实际生产过程中我们发现进入火炬系统的气体量是巨大的,例如某1000万吨/年的炼油厂其火炬气的量约4000m³/h,年排放量约10万吨/年,由于火炬气的排放量巨大且主要成分都为低分子量的烃类有机物,国内炼化企业主要将其送至燃料系统作为燃料燃烧处理。

为什么会有大量的气体流向火炬系统?主要是因为与火炬系统相连的安全阀、旁路阀、自动调节阀等内部泄漏流向火炬系统,其次为生产过程中的超压排放、事故排放、装置开停车吹扫气排放等。

a, 源头控制。对于一个典型的炼化企业而言,和火炬系统相连的各类阀门从几百到上千不等,通过检测,对存在内漏的阀门进行更换和维修能有效减少进入火炬系统的有机废气,从源头上减少火炬气的排放量。

目前对阀门的内漏的检测方法主要有两种:a.超声检测,b.同位素示踪。超声仪检测在欧洲已得到有效的应用,国内也有研究机构利用超声检测仪对阀门的内漏的进行尝试性应用。同位素示踪法在沿海污染监测已得到广泛应用,在石化企业用于测内漏的应用较少,主要阻力在于成本高,但同位素示踪法为检测阀门内漏提供了一种新思路。

b,末端治理。火炬气的回收技术特别是气柜贮存回收技术在中国大型石化企业得到广泛的应用,上世纪80年代,兰州石化、齐鲁石化、燕山石化便开始采用气柜贮存法对火炬气进行回收。有效减少了石化厂区光污染、声污染、大气污染。目前大型石化企业的气柜回收系统容量在10000m³—30000m³不等。气柜回收系统投资大,特别是土建成本以及其核心设备压缩机。小型炼化企业通常不采用气柜而直接送入燃料系统。

压缩机作为气柜回收系统的核心设备也是最容易出现问题的设备,体现在密封泄漏,运行波动造成压力连锁停车等。

 此外针对装置火炬气排放特点建设具有正对性的回收装置,将废气中含量高、价值大的有机物作为原料回收也得到广泛的应用。此类专项回收技术能大大增加原料的利用率,减少了将有用组分作为燃料燃烧的量。例如燕山石化聚丙烯装置的活性碳废气回收系统对丙烯进行专项回收,年回收量约2500吨,取得了巨大的经济效益。

火炬燃烧排放要求燃烧完全,避免出现黑烟。由于火炬中的烃类燃烧时会发生氧化和裂解反应,在温度高于400°C和缺氧的情况下,会出现难以燃烧完全的炭黑。在事故或生产异常的情况下火炬的排放量大,仅靠空气中的氧气不能使烃类完全燃烧,因此需要对火炬进行强制供氧,目前我国采用的主要方式是在火炬头注入蒸汽(消烟蒸汽)。消烟蒸汽的使用量计算公式:

      Gst=qcm*(0.68-10.8/Mc)

      Gst——消烟蒸汽量,(Kg/h)

      qcm——排放气体中碳氢化合物的质量流量,(Kg/h)

      Mc——排放气体中碳氢化合物的评价分子量。

消烟蒸汽的使用量直接影响到火炬废气燃烧效率,在实际生产过程中应根据火炬气流量对消烟蒸汽量进行控制优化,减少黑烟情况出现。

5.总结。我国在火炬管控的工作重点大部分还放在末端治理上,即废气的回收和处理。对于火炬源头系统性管理工作尚待加强。源头控制不仅能大大提高原料利用率,有效减少废气排放还能节省建设大型回收设施的投入和运行维护费。对于安装有气柜的回收系统应加强对压缩机以及相关设施的维护,避免出现连锁停车、漏气等情况。对废气中含量高、价值高的组分进行专项回收,提升产品的利用率。

(文章转载于微信公号VOCs前沿,文章有删减)