聚丙烯裝置排放時冒黑煙的處理

聚丙烯裝置排放時冒黑煙的處理

在中國，一家45萬t-a的自動低密度聚丙烯裝置采用美國univation公司的三相流技術(shù)。該裝置內(nèi)配置地面火炬系統(tǒng)一套用于處理本裝置和30萬t/a聚丙烯裝置排放的低壓火炬尾氣。自2012年地面火炬投用以來就不斷出現(xiàn)在聚丙烯裝置故障排放時,火炬系統(tǒng)產(chǎn)生振動、黑煙等問題,相應(yīng)帶來的是燃燒塔內(nèi)部放空氣管線變形、固定管卡失效等影響到設(shè)備本質(zhì)安全的問題。本文主要對以上的安全隱患問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析查找并提出解決辦法。1地面火炬系統(tǒng)的燃燒流程地面火炬系統(tǒng)主要設(shè)備包括地面焚燒爐、燃燒器、火炬分離罐、水封罐、防風(fēng)墻、點火系統(tǒng)以及控制系統(tǒng),公用工程系統(tǒng)和其它必要的系統(tǒng)。其主要流程是低壓廢氣通過管線從兩套裝置送往地面火炬系統(tǒng)內(nèi)的分液罐分液后再經(jīng)水封罐進(jìn)入燃燒塔進(jìn)行燃燒,詳見簡易流程圖(圖1)。地面火炬系統(tǒng)的最大處理能力為80t/h。該系統(tǒng)的地面焚燒爐為圓型爐膛的燃燒塔,燃燒塔外徑12m,高度30m,其外圍防風(fēng)消音墻外徑16m,高度為6m。該系統(tǒng)根據(jù)工況不同設(shè)計為五級排放線,一級排放為連續(xù)排放線,其余四級會根據(jù)不同的火炬系統(tǒng)壓力啟動排放。整個火炬系統(tǒng)有燃燒器(火炬頭)96臺,每級燃燒器分布數(shù)量不同,從一級到五級遞增,每臺燃燒器配有1”消煙蒸汽管線。2安全環(huán)保隱患地面火炬系統(tǒng)自投入使用以來,先后多次出現(xiàn)在PP裝置異常排放時伴隨有以下問題發(fā)生(其中問題4、5為系統(tǒng)停車檢查時發(fā)現(xiàn)的問題):(1)大量黑煙冒出。(2)地面火炬筒體產(chǎn)生低頻震動及轟鳴聲。(5)第五級管線有明顯回火管道內(nèi)燃燒,支管變形的現(xiàn)象。以上種種問題形成了較大的安全環(huán)保隱患,長期使用可能導(dǎo)致火炬系統(tǒng)倒塌,管線破裂失效等重大問題?；鹁鎯?nèi)部損壞情況詳見圖2)。3對造成爭議的原因的分析和處理3.1燃燒熱負(fù)荷測算根據(jù)《低壓廢氣焚燒系統(tǒng)詢價書》根據(jù)表1對目前地面火炬燃燒熱負(fù)荷進(jìn)行測算,測算結(jié)果為:地面火炬的熱負(fù)荷(I測算說明該地面火炬的規(guī)格尺寸能夠滿足其設(shè)計排放能力下的最大熱負(fù)荷。3.2黑煙的原因和處理方法3.2.1聚丙烯裝置物料黑煙的接收根據(jù)PP排放物料的組成來看,地面火炬在接收該裝置物料時產(chǎn)生黑煙是不可避免的,我們可以做的就是在聚丙烯裝置排放的同時火炬系統(tǒng)能夠及時打開消煙蒸汽將黑煙消除。3.2.2消煙蒸汽閥啟動/關(guān)閉系統(tǒng)把PP裝置排放控制閥開啟/關(guān)閉閥位信號與線性低密度聚乙烯裝置低壓火炬消煙蒸汽閥的啟動/關(guān)閉進(jìn)行回路控制,過程中考慮消煙蒸汽開啟所需的提前時間/滯后時間。3.3振動的原因和處理方法此問題為影響火炬系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重中之重,我們分析過程分為現(xiàn)象梳理、原因分析,措施方法三個方面。3.3.1振動的發(fā)生情況(1)振動發(fā)生時,會引起地面和附著在地面上的設(shè)施(管架、儀表等)的振動,而且振動的傳播距離至少有百米以上。(2)振動全部發(fā)生在PP裝置放空氣排往火炬期間,PE裝置放空氣排放期間不發(fā)生振動;并非每次PP裝置放空氣排往火炬時都出現(xiàn)振動,但大多數(shù)排放過程中出現(xiàn)了振動;(3)當(dāng)水封罐內(nèi)水位降低至無水封情況下,振動消失或減輕;(4)振動似乎與PP裝置的排放流量無關(guān),即不論火炬的第二至第五級是否打開或打開多少級,PP裝置排放時多數(shù)情況下會發(fā)生振動;(5)振動與消煙蒸汽是否投用無關(guān),即不論是否打開消煙蒸汽閥門,PP裝置排放時多數(shù)情況下會發(fā)生振動;(6)觀察者感覺到地面火炬筒體本身也在振動;振動伴隨低沉噪音發(fā)生,該噪音傳播距離在100m以上。3.3.2排放氣的噴射引起的動可能從上述現(xiàn)象描述判斷該振動的形態(tài)類似于共振,通過以上分析初步判斷該振動可能的原因包括:(1)由于PP火炬排放氣噴射燃燒引起的振動;(2)PP火炬排放氣排放時在管路或系統(tǒng)中引起燃燒器-火炬管線-水封罐所組成的系統(tǒng)中的一項或多項的振動;(3)上述兩者之間的綜合作用。3.3.3水封水位的調(diào)整由于振動(尤其是共振)具有無法通過理論方法預(yù)估的特點,從理論上很難找到振動(或共振)發(fā)生的具體原因并提出立竿見影的消除振動(或共振)的措施,因此我們采用應(yīng)對振動(或共振)現(xiàn)象的廣適性措施著手逐步尋找消除振動(或共振)的方法,在操作或檢修條件允許前提下,按先易后難的順序進(jìn)行查找。(1)PP裝置排放時對水封水位進(jìn)行小幅度的調(diào)節(jié),觀察對振動程度的影響,從而確定水封水位的變化對振動強(qiáng)度的影響程度和趨勢。(注意:過高的水位會增大排放系統(tǒng)的背壓,過低的水位會導(dǎo)致水封失效,因此建議水封水位的調(diào)整盡量控制在原設(shè)定水位附近。)(2)調(diào)整地面火炬第二、三、四、五各級的自動開啟和關(guān)閉設(shè)定壓力;通過降低其各級火炬放空管線的開啟壓力,改變其原來火炬排放量和燃燒器的之間的對應(yīng)關(guān)系,進(jìn)而改變火炬系統(tǒng)燃燒產(chǎn)生的振動頻率。(3)檢查和緊固所有相關(guān)設(shè)備的地腳螺栓,尤其是在檢修期間檢查和緊固地面火炬筒體的地腳螺栓,避免因為螺栓松動引起的振動現(xiàn)象發(fā)生;(4)檢修期間拆除水封罐內(nèi)液相隔板以改變水封罐內(nèi)液體的振蕩頻率;(5)檢修期間在地面火炬筒體內(nèi)采用陶瓷纖維模塊設(shè)置不規(guī)則的向內(nèi)徑向凸起,改變筒體的固有頻率;(6)基礎(chǔ)承載條件許可的前提下,檢修期間增加地面火炬筒體的質(zhì)量以改變地面火炬筒體的固有頻率。(7)在排放背壓允許值范圍內(nèi)增大或減小燃燒器當(dāng)量出口直徑;通過改變燒嘴出口流速,相應(yīng)改變排放氣的燃燒噪音頻率(見圖3黑色擴(kuò)孔點)。3.4通過分析和處理土壤火焰突出癥的原因3.4.1燃燒、燃燒和火炬氣出口馬赫數(shù)目前我國火炬火焰長度的計算分為三個體系:(1)火焰長度是燃燒器直徑(或當(dāng)量出口直徑)和排放氣出口馬赫數(shù)的函數(shù);(執(zhí)行中石化標(biāo)準(zhǔn)SH3009-2013(2)火焰長度是燃燒熱負(fù)荷的函數(shù)(Flaresim火焰長度計算方法);API521(3)火焰長度與火炬出口直徑、側(cè)風(fēng)風(fēng)速和火炬氣在空氣中的爆炸下限有關(guān);(BRZUSTOWSKI&SOMMER方法)3.4.2地面火炬筒體頂部火炬高度創(chuàng)(1)火炬分級切換不及時,導(dǎo)致參與工作的燃燒器數(shù)量遠(yuǎn)小于計算的燃燒器數(shù)量,而且燃燒器的平面布置不均勻,從而引起火焰高度沖出地面火炬筒體頂部;(2)根據(jù)現(xiàn)場火炬筒體內(nèi)壁與地面曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)的油亮附著物和形狀不規(guī)則的聚合物殘留推測可能是PP裝置排放時有聚合物粉末伴隨排放氣從火炬排出并被點燃形成“火雨”,作為固態(tài)可燃物,聚合物粉末的出現(xiàn)導(dǎo)致火炬熱負(fù)荷的增加,從而引起火焰高度沖出地面火炬筒體頂部。3.4.3自動開啟和關(guān)閉設(shè)定壓力,讓更多的火炬高度控制火焰高度,使所有對于第一條,則需要調(diào)整地面火炬第二、三、四、五各級的自動開啟和關(guān)閉設(shè)定壓力,在負(fù)荷增大時,讓更多的燃燒器參與工作,控制住火焰高度。對于第二條,我們認(rèn)為只是在運(yùn)行不穩(wěn)定時出現(xiàn)過,將來重現(xiàn)的可能性很低。3.54和5的分析和處理方法3.5.1管線內(nèi)部燃燒變形(1)從實地檢查來看,第五級支管線變形處管線有明顯高溫變藍(lán)的痕跡,判斷應(yīng)為排放物料夾液,系統(tǒng)內(nèi)正壓保護(hù)氮?dú)饬可賹?dǎo)致空氣回火造成火炬管線內(nèi)部燃燒導(dǎo)致變形。(2)各級放空管上翹,管卡斷裂,支管下垂的問題判斷主要有兩個方面。第一方面,由于系統(tǒng)整體存在PP裝置排放時的共振現(xiàn)象,懷疑是由于共振引起的管線振動進(jìn)而出現(xiàn)以上問題;第二方面,關(guān)于主放空管線上翹分析認(rèn)為因為焊接時由于各級主火炬放空管上支管設(shè)計較密集,支管間焊縫距離較短約310mm,這樣就可能造成主管上的支管焊口過于集中,焊口間距過小,隨著熱應(yīng)力經(jīng)過長時間釋放引起尾端上翹變形。3.5.2氮?dú)獗Ｗo(hù)不足(1)第五級管線已經(jīng)發(fā)生變形需要全體進(jìn)行管線更換,針對其正壓保護(hù)不足的問題我們對其正壓氮?dú)獗Ｗo(hù)孔板進(jìn)行擴(kuò)孔操作,保證了其在惡劣條件下的氮?dú)獗Ｗo(hù)依舊充足,擴(kuò)孔情況如表3。(2)各級管線支管焊口過多應(yīng)力集中難以釋放的問題,建議在主管線焊接時采取分段焊接并熱處理的方法,使其大部分的熱應(yīng)力在施工時即得到消除。(3)關(guān)于管卡斷裂,支管下垂等問題首先應(yīng)解決系統(tǒng)的共振問題,其次在解決該問題的基礎(chǔ)上對各支管增加管蹲支撐固定,改變其固有頻率的同時,增加其強(qiáng)度。4治理火炬的可能性在檢修中通過以上方