火炬排放系統(tǒng)設計

火炬排放系統(tǒng)設計

該項目的目的是在不正常操作（或事故）的情況下，從工藝裝置中設備和管道中排放的燃料。當停車需要排放的燃料和試液罐中的暫時無法平衡時，應收集必須排放的燃料，并將其發(fā)送給火力斗爭中的火力斗爭，以確保裝置的安全運行，符合大氣排放標準，減少對環(huán)境的污染。1管網(wǎng)系統(tǒng)設計丙烷脫氫裝置在丙烷脫氫生成丙烯的過程中同時副產(chǎn)乙烷、乙烯等輕組分,分離丙烯時需要采用乙烯冷劑、丙烯冷劑對工藝物料進行冷凝。專利商提供的工藝包資料中,根據(jù)介質(zhì)和物料狀態(tài)的不同,分別設置濕火炬系統(tǒng)(WetFlare)、干火炬系統(tǒng)(DryFlare)和冷火炬系統(tǒng)(ColdFlare)。0℃以上含水氣相進入濕火炬系統(tǒng),材質(zhì)為碳鋼;-45℃到0℃的低溫干燥氣相進入干火炬系統(tǒng),材質(zhì)為低溫碳鋼;低于-45℃的低溫干燥氣相進入冷火炬系統(tǒng),材質(zhì)為奧氏體不銹鋼。上述三個管網(wǎng)系統(tǒng)均需單獨設置火炬分液罐,干火炬系統(tǒng)和冷火炬系統(tǒng)的物料經(jīng)分液、預熱后,其火炬總管并入到濕火炬總管。干火炬系統(tǒng)和冷火炬系統(tǒng)需要考慮開、停車過程中可能排放的液體,并設置液相蒸發(fā)系統(tǒng)。干火炬和冷火炬系統(tǒng)設計參數(shù)見表1。2工藝系統(tǒng)設計乙烯、丙烯屬于低溫氣體,這些物料在排入全廠火炬總管前需要設置火炬分液罐和低溫火炬氣加熱系統(tǒng),分離火炬氣夾帶凝液的同時,加熱低溫火炬氣,以避免低溫火炬氣對全廠火炬系統(tǒng)造成危害。干火炬系統(tǒng)主要排放含丙烯的物料,材質(zhì)采用低溫碳鋼;冷火炬系統(tǒng)主要排放含乙烯的物料,材質(zhì)采用不銹鋼。技術專利商設置干火炬系統(tǒng)和冷火炬系統(tǒng)的目的是為了保證含丙烯物料的排放管路可以采用低溫碳鋼,避免工程造價太高。但是單獨設置兩套系統(tǒng),需要設置兩個火炬分液罐和兩套火炬氣加熱系統(tǒng),造成裝置設備數(shù)量多,占地面積大。受裝置占地面積的影響,業(yè)主要求將干火炬系統(tǒng)和冷火炬系統(tǒng)進行優(yōu)化,合并成一個系統(tǒng)。由于這兩個系統(tǒng)經(jīng)分液、預熱后,均并入到濕火炬總管,管路系統(tǒng)是連通的,不影響裝置火炬系統(tǒng)的背壓。系統(tǒng)存在的主要問題是含乙烯物料的排放溫度低于-45℃,可能造成干火炬系統(tǒng)中的低溫碳鋼材質(zhì)不適用。如果兩個系統(tǒng)的排放管路均采用不銹鋼,則裝置工程造價會增加。丙烷脫氫裝置的工藝物料組成同乙烯裝置,工藝介質(zhì)特性相同,參考南京地區(qū)某乙烯裝置。該裝置設置中間級火炬總管和冷火炬總管,中間級火炬總管材質(zhì)采用低溫碳鋼,收集-45℃到0℃的低溫干燥氣體;冷火炬總管材質(zhì)采用不銹鋼,收集低于-45℃的低溫干燥氣體。兩根火炬總管分別接入火炬分液罐中,設置一根低溫液體排污管線,收集裝置中低于0℃的液體排凈。該系統(tǒng)自開車以來,一直平穩(wěn)運行?？紤]到液相乙烯的排放,丙烷脫氫裝置的最低溫度只能達到-102℃左右,而參考項目正常操作時的物料溫度達到-130℃左右,本項目中的干火炬氣相總管同參考項目的中間級火炬總管,可以考慮將干火炬氣相總管材質(zhì)采用低溫碳鋼。由于液相排污管線的管徑較小,如果將干火炬系統(tǒng)中的液相排污管線材質(zhì)更改為不銹鋼,對工程總造價的影響不大?；诖?考慮對干火炬系統(tǒng)和冷火炬系統(tǒng)進行優(yōu)化,兩者共用一套火炬分流罐和低溫火炬氣加熱系統(tǒng)。干火炬系統(tǒng)氣相總管采用低溫碳鋼,冷火炬系統(tǒng)采用不銹鋼,原有干火炬系統(tǒng)和冷火炬系統(tǒng)的排污管線總管合并為一根,材質(zhì)采用不銹鋼。通過對專利商資料的研究,發(fā)現(xiàn)干火炬系統(tǒng)和冷火炬系統(tǒng)最大泄放量是在兩種不同的泄放工況下產(chǎn)生的。兩種獨立的故障同時發(fā)生的可能性是很小的,通常不需考慮3優(yōu)化系統(tǒng)火炬分液罐計算火炬分液罐的作用是除去火炬氣中夾帶的液滴,或可能發(fā)生兩相流中的液相?；鹁娣忠汗尥ǔ２捎门P式罐,有單流式和雙流式兩種型式。氣體從容器的一端頂部進入而從另一端的頂部排出(內(nèi)部無擋板),一般稱為單流式;氣體在水平軸向兩端進入,在中心有一個出口,或氣體在中心進入,在水平軸的兩端排出,一般稱為雙流式火炬分液罐能分離300μm～600μm直徑的液滴,其容量由三部分組成:(1)閉式排放要求的容量。(2)20min～30min內(nèi)從安全泄放閥和其他緊急泄放裝置泄放的液體容量。(3)液滴分離速度要求的最少蒸氣空間API-521和SH-3009是目前計算火炬分液罐的兩個常用標準。SH-3009計算法優(yōu)點是計算簡單快速。API-521的計算方法先要假設罐的直徑和切向距離,通過反復試算,使得計算出的罐長小于假設的罐長,如果相反,則要重新假定罐的直徑和長度。API-521計算法優(yōu)點是計算出來的火炬罐尺寸跟實際裝置采用的火炬罐尺寸更接近,缺點是參數(shù)多、計算費時在優(yōu)化系統(tǒng)火炬分液罐計算過程中,分別采用干火炬系統(tǒng)和冷火炬系統(tǒng)的物性參數(shù)對火炬分液罐尺寸進行計算,取兩者最大值。按照低溫碳鋼材料費用為2.3萬元/t,不銹鋼材料費用為3.5萬元/t考慮,優(yōu)化系統(tǒng)后的設備材料費用增加不到6萬元。系統(tǒng)優(yōu)化后節(jié)省設備數(shù)量,減少裝置占地面積。4低溫火炬氣的焚燒工藝為避免火炬系統(tǒng)發(fā)生內(nèi)部爆炸或產(chǎn)生其它不安全因素,裝置各火炬氣支管起點和火炬總管起點應設有固定的吹掃設施,該吹掃設施包括流量計(或限流孔板)、止逆閥和手動調(diào)節(jié)閥。吹掃氣體一般采用氮氣或燃料氣,對于低溫管道,吹掃氣體在最低溫度時不應發(fā)生冷凝。吹掃氣速在最大火炬總管內(nèi)為0.03m/s火炬氣管網(wǎng)的存液直接影響管網(wǎng)的運行,火炬氣管道一定要設坡度,裝置的支總管或火炬總管的坡度以不小于0.2%為宜低溫火炬氣可能會造成水封罐結(jié)冰,影響火炬系統(tǒng)的安全運行。因此,這些低溫火炬氣不允許直接送至火炬裝置進行焚燒,需要在排入裝置火炬氣總管前進行分液、氣化和升溫,火炬氣須加熱到至少5℃以上后再排入裝置火炬總管。低溫火炬液的氣化和低溫火炬氣的升溫通常不采用蒸汽直接加熱,這是由于低溫火炬液或低溫火炬氣溫度過低,當蒸汽凝液來不及排出時,有可能在換熱管管壁上結(jié)冰,甚至導致?lián)Q熱器堵塞,無法實現(xiàn)對物料的加熱。工業(yè)生產(chǎn)中通常采用甲醇作為加熱媒介,加熱系統(tǒng)的流程參見圖2。加熱系統(tǒng)流程為:火炬分液罐中的液相物料通過重力流流入火炬氣化器中進行氣化,氣化后的物料與經(jīng)火炬分液罐分離出液滴的氣相火炬氣混合后進入火炬氣過熱器中,加熱到至少5℃以上后再排入裝置火炬總管?；鹁鏆膺^熱器出口管道設低溫報警,當介質(zhì)溫度過低時可以采取相關措施。火炬氣化器和火炬氣過熱器的加熱媒介為氣相甲醇,其冷凝后的液相甲醇通過重力流返回到甲醇氣化器。甲醇氣化器的熱源采用低壓蒸汽,氣化后的甲醇作為加熱媒介循環(huán)使用,蒸汽凝液進入凝液管網(wǎng)系統(tǒng)回收利用。采用此方法,甲醇作為加熱媒介在封閉空間內(nèi)循環(huán)使用,幾乎沒有消耗,可節(jié)省運行成本。此流程中,很多物料都是重力流物料,設備布置時,必須保證設備間有足夠的位差推動物料進行循環(huán)操作。5介質(zhì)氣化設計工藝包的資料要求,干火炬系統(tǒng)的火炬液氣化器考慮蒸發(fā)12625kg/h物料(主要介質(zhì)為丙烯),冷火炬系統(tǒng)的火炬液氣化器考慮蒸發(fā)11000kg/h物料(主要介質(zhì)為乙烯)。由于丙烯和乙烯介質(zhì)汽化潛熱不同,在同一質(zhì)量流量下,兩者由液相變?yōu)闅庀嗨枰臒嶝摵梢膊煌?。當干火炬系統(tǒng)和冷火炬系統(tǒng)合并后,保守的做法可以考慮對蒸發(fā)物料的質(zhì)量流量進行疊加,取汽化潛熱最大者的介質(zhì)進行設計,但這會造成換熱器尺寸偏大,投資偏高。由于液相排污是人工操作的,其排污速率的大小在操作上是可控的。換熱器的設計都有一定的設計裕量,且操作過程中可以通過提高甲醇側(cè)的操作壓力來增加換熱器傳熱對數(shù)溫差,保證介質(zhì)氣化效果。綜合考慮上述因素,對于火炬液氣化器的設計,合理的做法是保持上述物料蒸發(fā)所需要熱負荷相同的情況下,分別以丙烯和乙烯介質(zhì)進行設計,取尺寸最大者。干火炬系統(tǒng)和冷火炬系統(tǒng)產(chǎn)生最大泄放量時,物料的泄放溫度分別為16.3℃和34.4℃,正常情況下,不會產(chǎn)生低溫工況。但是過熱器需要保證其它低溫泄放工況或極端工況下排出的火炬氣溫度不小于5℃,避免低溫火炬氣對火炬系統(tǒng)造成危害。為了保證系統(tǒng)操作安全,同時避免過度保守,同火炬液氣化器一樣,過熱器的熱負荷可以考慮為在最大泄放量時,物料從低溫(干火炬系統(tǒng)考慮-45℃的丙烯,冷火炬系統(tǒng)考慮-102℃的乙