合成氨裝置低壓火炬系統(tǒng)設(shè)計

合成氨裝置低壓火炬系統(tǒng)設(shè)計

為確保員工和化工裝置的安全，將蒸汽排放污染光刻氣器污染，并將其處理為正常或不足的休息時間。關(guān)閉停車場和其他違反法律法規(guī)的情況?；鹁嫜b置作為全廠的最后一道安全防護屏障,雖然技術(shù)含量和投資都遠低于工藝裝置,但是火炬裝置的平面布置,往往影響整個工廠的總平面布置,從全廠安全及環(huán)保等綜合考慮,火炬裝置的重要性不可否認。目前國內(nèi)的火炬設(shè)計已經(jīng)有相應(yīng)的規(guī)范、規(guī)定、設(shè)計手冊和參考資料等,生產(chǎn)及配套廠家也有幾十家。筆者僅探討合成氨廠尾氣放空的處理措施和火炬在設(shè)置的一些注意事項。1類型項目與參考本文以筆者供職的中國五環(huán)工程有限公司目前正在設(shè)計的1個5080合成氨尿素項目為例,簡要闡述和分析各種不同工況下的火炬氣的排放與處理,以供同類型項目借鑒和參考。該項目工藝采用水煤漿煤氣化工藝制備合成氨,后續(xù)工藝路線設(shè)置為:與氣化配套的CO變換、低溫甲醇洗、液氮洗、硫回收、壓縮合成冷凍,制備的液氨采用低溫常壓貯存,設(shè)置2個10000m該項目規(guī)模大,流程復(fù)雜,所排尾氣主要污染物有CO、SO因此,全廠工藝生產(chǎn)裝置(除尿素外)共設(shè)置了3套火炬系統(tǒng):(1)低壓(主)火炬,主要用于處理煤氣化、CO變換、低溫甲醇洗、液氮洗、氨合成的主要含CO和H1.1生產(chǎn)裝置排放能耗處理1.1.1低壓火炬氣的排放按照火炬系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范SH3009-2001《石油化工企業(yè)燃料氣系統(tǒng)和可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中的說明,能與排放系統(tǒng)內(nèi)的介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體不宜排入全廠可燃性氣體排放系統(tǒng),應(yīng)排入專門的排放系統(tǒng)或另行處理。因此,含氨的與含CO項目中除高濃度氨排放工況外,其他氨介質(zhì)排放的絕對量少,排入主低壓火炬系統(tǒng)不會有太多的碳銨結(jié)晶生成。因此,除氨壓縮機排放氣(含氨99.93%以上)、氨罐區(qū)排放氣(100%)、低溫甲醇洗酸性氣外,其余排放氣均可送入低壓火炬進行處理。低壓火炬系統(tǒng)廢氣污染源及排放見表1。其中表1序號9冷凍的惰性弛放尾氣(-35℃)為連續(xù)排放,有一定的熱值,可作為低壓火炬的伴燒氣,采用1根火炬筒體直接送至火炬頭。為減少少量碳銨結(jié)晶的生成,對低壓火炬系統(tǒng)可以采取如下措施:火炬管加強伴熱,還可以將含氨火炬氣與含CO1.1.2熱再生塔屋頂排放氣的安全閥工況1煤氣化閃蒸氣和工況2變換冷凝液氣提氣為連續(xù)排放氣,含H酸氣火炬同時還處理低溫甲醇洗在開停車、事故工況下熱再生塔塔頂?shù)呐欧艢?設(shè)置2個整定壓力不同的安全閥,用于處理在不同泄放工況、不同組成的排放氣,整定壓力低的安全閥,用于排放出口閥門關(guān)閉工況下的酸性氣,酸性氣送酸性氣火炬;整定壓力高的安全閥,用于排放再沸器蒸汽閥門故障全開工況下的甲醇氣,甲醇氣送低壓火炬。酸性氣火炬系統(tǒng)廢氣污染源及排放見表2。1.1.3染源及排放排放全廠氨火炬主要用于處理氨壓縮機在事故和正常生產(chǎn)工況下的排放氣。氨火炬系統(tǒng)廢氣污染源及排放見表3。綜上所述,各工序放空氣參數(shù)是火炬設(shè)計的基礎(chǔ),收集到完整的火炬氣數(shù)據(jù),才能將火炬裝置設(shè)計好。全廠生產(chǎn)裝置的火炬系統(tǒng)處理能力應(yīng)滿足以上表1~表3中所列各種工況,由此看出,低壓火炬最大處理能力是550803m1.2氨罐區(qū)排放氣的處理全廠除生產(chǎn)裝置的火炬外,在常壓氨罐區(qū)附近位置還單獨設(shè)置氨火炬,處理常壓氨罐的事故工況下的排放氣。氨罐排放氣需按照API相關(guān)規(guī)范的要求按火災(zāi)工況計算泄放量,由氨罐上的呼吸閥或安全閥泄放。氨罐區(qū)火炬系統(tǒng)廢氣污染源及排放見表4。由于氨罐區(qū)排放氣低溫低壓且氣量大,故氨罐區(qū)排放氣與氨壓縮機排放氣不能共用1根火炬管送入氨火炬頭,氨罐的放空處理要考慮安全環(huán)保、布置、投資等諸多因素,通常有以下3種方案。(1)方案1。在氨罐區(qū)設(shè)置排氣筒,尾氣直接高點放空,排氣筒高度由環(huán)評單位考慮;也可以先加水封罐吸收氨氣,氨水單獨處理,沒有吸收的氨氣再高點放空,由于環(huán)保要求逐年嚴格,該方案已逐漸不被采納。(2)方案2。單獨設(shè)置放空管,接至全廠火炬系統(tǒng),與全廠氨放空氣共用1個火炬頭,此方案由于處理氣量大,阻力降要求小,放空管管徑大、距離長,布置施工困難,安全穩(wěn)定性較差。(3)方案3。在氨罐區(qū)就近設(shè)置單獨氨火炬,接收氨罐區(qū)低壓放空氣,該方案操作穩(wěn)定性好,綜合投資較合理,需在項目設(shè)計前期綜合考慮。2國內(nèi)火炬設(shè)計現(xiàn)狀火炬系統(tǒng)設(shè)計是化工裝置安全、環(huán)保等范疇設(shè)計的重要部分,火炬系統(tǒng)應(yīng)能有效保證生產(chǎn)裝置在各種工況下產(chǎn)生的放空氣體能夠及時、安全、可靠的放空燃燒,并滿足熱輻射、噪聲、有害氣體排放達標等環(huán)保要求和最大允許阻力降要求。目前中國五環(huán)工程有限公司火炬設(shè)計基本采用成套單元模式,火炬系統(tǒng)設(shè)計需要從多個方面來考慮。國內(nèi)火炬設(shè)計現(xiàn)在執(zhí)行的標準是SH3009-2001,以及準備升版的征求意見稿SH3009-2010。該征求意見稿與前版相比對火炬系統(tǒng)設(shè)計進行了更詳細的闡述,提出了更具體的要求、規(guī)定及注意事項,新版已交由國家有關(guān)部門審核中。另外,在防火規(guī)范GB50160里對火炬熱輻射強度、防火間距等也有規(guī)定,亦可供參考。2.1控制檢測系統(tǒng)整套火炬裝置一般包括燃燒器、分子封、阻火器、水封系統(tǒng)、分液罐、吹掃系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、控制檢測系統(tǒng)等。燃燒器材質(zhì)選用不銹鋼,配置長明燈;低壓火炬、酸性氣火炬分別設(shè)置分液罐,防止下火雨;低壓火炬設(shè)置水封罐,阻斷回火,保證裝置安全;低壓火炬及氨火炬設(shè)置分子封,酸性氣火炬設(shè)置動密封,密封器保證微正壓,阻止空氣進入各火炬設(shè)施,防止回火;吹掃系統(tǒng)是在每次間斷放空前后火炬裝置重新投入運行必備的安全保障手段;控制檢測系統(tǒng)具有自動點火、自動吹掃、各種危險狀況自動保護和壓力檢測、火焰檢測等功能,最終通過PLC控制實現(xiàn)整套裝置的安全運行。進出工藝生產(chǎn)裝置界區(qū)低壓火炬總管、氨火炬管、酸性氣火炬管的管網(wǎng)設(shè)計壓力不低于0.35MPa,具體管道規(guī)格同設(shè)計單位的材料等級表,火炬總管的管道直徑需按照排氣量最大的火炬氣來計算。規(guī)范中沒提及火炬筒體的設(shè)計壓力,實際工作中可取0.7MPa,以保證一定的強度,事實證明,一般情況下即使發(fā)生回火爆炸事故也不會損壞火炬筒體。火炬的高度需按照發(fā)熱量最大的火炬氣計算。2.2火炬出口氣體允許線速度確定馬赫數(shù)是氣體流動的速度與其音速的比值,對于火炬設(shè)計來說,這是一個非常重要的參數(shù)。對于工藝設(shè)計而言,排放氣體可視為理想氣體,火炬出口氣體排放壓力取當?shù)卮髿鈮?在計算火炬出口氣體允許線速度時,馬赫數(shù)取值如下:(1)單個裝置開停車產(chǎn)生最大排放量時,取0.2;(2)局部停電、停水等事故造成若干泄壓設(shè)施同時泄放而產(chǎn)生最大排放量時,取0.5。按照規(guī)范SH3009-2001要求,排放氣熱值≥8373.6kJ/m雖然馬赫數(shù)可取0.2~0.5,但對于某些氣體,其音速高達400~500m/s,此時可適當降低馬赫數(shù),使總管里的流速低于120~150m/s以降低噪音,某些情況下,火炬里若有積液未及時排出,相對較低的流速也可減輕水擊造成的振動等危害。2.3火炬系統(tǒng)環(huán)?；鹁嫱搀w的直徑和火炬總管的直徑是一致的,總管中氣體的流速一般不宜小于80m/s,計算火炬總管管徑時,阻力降也是主要考慮的因素,有時為了滿足阻力降,流速低至40~50m/s都有可能的。根據(jù)規(guī)范提供的壓力降計算公式來計算,只要滿足到達火炬裝置的壓力要求即可。多個裝置共用的可燃氣體排放系統(tǒng)管網(wǎng),應(yīng)保證火炬在最大排放量時,系統(tǒng)阻力降≤允許排放背壓,即允許背壓值最小的裝置能順利排放。計算阻力降時,應(yīng)從火炬頭開始反算全廠可燃氣體排放系統(tǒng)管網(wǎng)各節(jié)點的排放背壓,以校核各節(jié)點的背壓是否低于允許背壓,各裝置在緊急事故時排入系統(tǒng)管網(wǎng)的可燃氣體,在裝置邊界處的壓力一般不宜低于0.2MPa。新規(guī)范中對火炬管阻力降的計算采用了較保守的等溫流動方程,以下以低壓火炬為例來進行計算和比較,供參考學(xué)習。例:火炬管道內(nèi)徑d=1.4m,直管段長度l(1)由規(guī)范SH3009-2001公式計算:水利摩擦系數(shù)由管道壓降公式,計算得管道起點壓力p由公式p(2)由規(guī)范SH3009-2010公式計算如下:水利摩擦系數(shù)管道出口馬赫數(shù)則f·L/d=4.421,管道摩擦阻力損失采用等溫流動方程計算:通過迭代試差,當3個火炬采用不同規(guī)范的計算結(jié)果對比見表5,由表5可見,新規(guī)范計算的結(jié)果更加嚴格。3其他注意事項3.1氮氣吹掃圖4常用的吹掃氣首選為可燃氣體(如燃料氣、天然氣等),但對于低溫管線,吹掃氣在最低溫度時應(yīng)不發(fā)生部分或全部冷凝,對此一般可采用氮氣吹掃,氨火炬總管建議也用氮氣吹掃,以免燃料氣中可能的CO3.2火炬伴燒氣的回收火炬伴燒主要由排放氣的熱值決定,一般來說氨火炬和酸性氣火炬需要伴燒,伴燒氣可來自裝置內(nèi)的排放氣也可使用天然氣。如果氨火炬管線設(shè)置助燃天然氣管線,應(yīng)避免NH3.3最冷平均溫度1020火炬系統(tǒng)的分液罐、水封罐及管網(wǎng)等,應(yīng)根據(jù)要求采取防凍措施,凝結(jié)液的凝固點高于或等于該地區(qū)最冷月平均溫度在10℃以內(nèi)時,宜對管道進行保溫;高于最冷月平均溫度10℃以上時,應(yīng)保溫并設(shè)伴熱措施。因此在高寒地區(qū),低壓火炬系統(tǒng)及氣提尾氣排放氣系統(tǒng)應(yīng)加強伴熱,以減少冷凝,防止火炬氣中水分凝結(jié)下來結(jié)冰堵塞分子封;水封罐在高寒地區(qū)也需要保溫伴熱,可用環(huán)管直接通入蒸汽,這比設(shè)置疏水器和排凝管道的方式更為簡單方便。4裝置泄氣量的校核一般來說,整個火炬系統(tǒng)是供貨商成套供貨,火炬管網(wǎng)由設(shè)計院設(shè)計。賣方提交的資料應(yīng)包括高度下火炬底部地面熱輻射強度(包括太陽能輻射)、火炬根部溫度、防火距離、火炬系統(tǒng)占地面積、各火炬管道進火炬界區(qū)的壓力要求、最大火焰長度和污染物落地濃度等。設(shè)計院在基礎(chǔ)設(shè)計中應(yīng)該已經(jīng)根據(jù)各裝置用戶的排量,計算出火炬系統(tǒng)的雛形,在詳細設(shè)計階段應(yīng)該根據(jù)具體的配管情況以及泄放量的真實情況進行校核。具體是工藝上需排放多少,將這個量提供給火炬系統(tǒng)供應(yīng)商,由火炬系統(tǒng)供應(yīng)商來設(shè)計火炬頭的尺寸,同時由其提出火炬系統(tǒng)的壓力要求,再由設(shè)計總體院向前推算各安全閥的背壓是否合理,不合理的要改變管徑,一般火炬總管是沒有問題的,畢竟各個裝置同時排放最大量的情況基本不會發(fā)生,