何 敏

（江蘇中圣高科技產(chǎn)業(yè)有限公司，江蘇南京 211112）

在石油化工工業(yè)迅猛發(fā)展的今天，煉油、化工、塑料、制藥等石化及后衍生產(chǎn)裝置更加呈現(xiàn)出生產(chǎn)規(guī)模擴大、聯(lián)建聯(lián)產(chǎn)和公用工程集中供應(yīng)的特點。由于這些裝置的規(guī)?；拖嗷ミB帶關(guān)系，在日常運行、開停車工況特別是停電、停水、停氣等突發(fā)事故發(fā)生時，裝置將排放出較大量的排放氣。為保證生產(chǎn)裝置的系統(tǒng)穩(wěn)定和安全，這些大量的排放氣不能通過常規(guī)的存儲或熱能轉(zhuǎn)化進行回收利用，常規(guī)安全的做法是將排放氣體通過火炬氣管網(wǎng)送到火炬去燃燒處理?；鹁嫦到y(tǒng)的設(shè)置需要兼顧穩(wěn)定生產(chǎn)、安全和環(huán)保三大作用。如圖1所示。

圖1 火炬排放冒黑煙的現(xiàn)象

大型的煉油、石化及相關(guān)產(chǎn)業(yè)項目的規(guī)模越來越大，生產(chǎn)裝置在開停工或事故工況下泄放的火炬氣量也越來越大，導(dǎo)致火炬的規(guī)模越來越大，火炬頭的直徑越來越大，對火炬安全穩(wěn)定的燃燒要求也越來越高。按照石化規(guī)范[1]重組分的火炬氣在火炬系統(tǒng)中通常都會經(jīng)過火炬氣分液罐將液滴直徑大于600μm的成分分離出來，防止火炬燃燒下火雨。由于一般火炬氣的泄放溫度都比較高，在事故排放過程中，重組分來不及冷凝下來就已經(jīng)去火炬頭燃燒處理，根據(jù)燃燒原理，這些重組分的火炬氣的燃燒都需要大量的空氣，如果來不及供給足夠的空氣，火炬頭就會冒黑煙或下火雨，所以為保證重組分的火炬氣安全穩(wěn)定的燃燒，通常會從火炬氣的燃燒特性、火炬頭的結(jié)構(gòu)形式、消煙的方式等因素對火炬氣的燃燒進行選擇性的改進，對應(yīng)的處理方法有音速及亞音速火炬的研究、消煙介質(zhì)注入火炬頭方式的研究、空氣（蒸汽或燃料氣）的消煙介質(zhì)的研究等。

1 提出空氣消煙的課題

在大型煤化工項目中，MTO裝置及PP、PE裝置的泄放氣通常為分子量較大的烴類火炬氣。隨著煤化工項目的規(guī)模越來越大，烴類火炬筒體的直徑也較大，無法兼顧烴類火炬系統(tǒng)小流量工況下的穩(wěn)定燃燒，導(dǎo)致經(jīng)常發(fā)生的燜燒情況。為避免該種情況，將小流量火炬氣引出，單獨作為小流量火炬系統(tǒng)處理。一般煤化工項目中的酸性氣火炬的處理量較小，且酸性氣熱值低，不易燃燒，需要額外添加伴燒燃料氣，工程上常將大火炬系統(tǒng)的小流量氣切換進入酸性火炬頭，一方面確保了小流量工況的完全燃燒，另一方面也為低熱值不易燃燒的酸性火炬氣提供助燃氣維持燃燒的溫度場。

但如果沒有任何消煙措施，酸性氣火炬氣中的含硫成分及小流量的烴類火炬氣在酸性氣火炬頭燃燒會發(fā)生燃燒不充分的冒煙現(xiàn)象。2011年某項目的全廠火炬的酸性氣火炬在運行過程中就發(fā)生過此類現(xiàn)象?；鹁孀鳛樘幚砀鱾€裝置泄放廢氣的安全通道，安全、高效、穩(wěn)定的燃燒是關(guān)鍵，不完全燃燒導(dǎo)致冒黑煙的現(xiàn)象會給周圍環(huán)境及工廠居民的生存空間帶來威脅，為企業(yè)的社會名譽帶來不良的影響。

由于酸性氣一般含有H2S等的酸性氣體，不適宜使用通常的蒸汽消煙方式，酸性火炬氣中的H2S，一旦與水結(jié)合，形成的弱酸會對火炬頭的材質(zhì)（SS310）造成嚴重的腐蝕，損害火炬頭的使用壽命。這種情況下，根據(jù)實際情況創(chuàng)造性地提出了在不能利用蒸汽消煙或者沒有蒸汽條件的場所，采用高壓壓縮空氣代替蒸汽對火炬頭燃燒進行消煙。在火炬頭上增加了壓縮空氣消煙措施的設(shè)計，通入火炬頭的壓縮空氣管道配備了調(diào)節(jié)閥組，根據(jù)控制室排放監(jiān)控，手動調(diào)節(jié)壓縮空氣流量，達到消除黑煙的目的。

2 關(guān)鍵技術(shù)和疑難問題

燃燒過程是涉及到流動（湍流）、傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)在內(nèi)的復(fù)雜的物理化學(xué)過程?；鹁骖^的設(shè)計對理論分析和試驗手段的要求均很高。蒸汽消煙是利用蒸汽引射卷吸空氣及高溫分解水分子得到氧氣來給火炬氣燃燒增加含氧量?？諝庀麩熓侵苯永每諝庖淇諝饧氨旧淼难鹾拷o火炬氣的燃燒增加含氧量。

在出現(xiàn)某項目的酸性氣火炬頭冒黑煙的問題后，考慮到其是不能用蒸汽消煙的場合，創(chuàng)造性地利用壓縮空氣強制引射空氣助燃，火炬頭的結(jié)構(gòu)形式獨創(chuàng)，成功地解決了壓縮空氣消煙的難題。

采用壓縮空氣對火炬的冒煙情況進行消煙選取的空氣的壓力不宜低于0.7MPaG，消煙所需的壓縮空氣的耗氣量G（kg/h）可按如下公式[1]進行計算：

k：比例系數(shù)，取值為1.2～2；

qcm：排放氣體中碳氫化合物的質(zhì)量流量kg/h；

MC：排放氣體中碳氫化合物的平均分子量。

2.1 空氣消煙的應(yīng)用

某項目通過實際改造，驗證了壓縮空氣的消煙效果，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，為業(yè)主解決了難題。在隨后的多個煤化工及煉油項目中空氣消煙在的酸性氣火炬系統(tǒng)中得到成功的應(yīng)用。如圖2所示。

圖2 典型壓縮空氣消煙流程示意圖

利用火炬系統(tǒng)處理工業(yè)廢氣是目前很多企業(yè)保證節(jié)能環(huán)保的重要方式，因為火炬氣的成分復(fù)雜多變，有很多火炬氣的組分是不能與水蒸氣混合的，例如產(chǎn)生結(jié)晶、腐蝕、低溫介質(zhì)等問題，或者在寒冷地區(qū)、在沙漠或者海洋平臺上，蒸汽條件不能滿足，但空氣是無限的，不受場地限制。在火炬系統(tǒng)中利用空氣消煙代替蒸汽消煙，既能解決火炬冒煙的環(huán)境問題，也能給業(yè)主節(jié)省投資，為企業(yè)的綠色環(huán)保帶來更大的發(fā)展空間。如圖3所示。

2.2 經(jīng)濟和社會效益

目前某項目改造后已經(jīng)投產(chǎn)7a，應(yīng)用壓縮空氣代替蒸汽消煙的改造方法每年為業(yè)主節(jié)省了大量的水和蒸汽，也減少了蒸汽系統(tǒng)的檢驗和維修工作，為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。

圖3 酸性氣火炬成功改造的消煙案例

以該項目為例，1.1MPa（G）的低壓蒸汽成本約為90～120元/t，0.6MPa（G）的壓縮空氣的成本約為0.1元/m3，常燃小火炬需要蒸汽消煙的量為27794kg/h，壓縮空氣的量為蒸汽的1.2倍～2倍，折合成體積量約為4984m3/h，相比之下，每小時節(jié)省的成本是27.794×100-4984×0.1=2281元。長期運行下來，能夠為企業(yè)節(jié)省很大的火炬運行費用。

3 結(jié)束語

利用壓縮空氣消煙不僅為企業(yè)帶來客觀的經(jīng)濟效益，而且在不能用蒸汽消煙的場合，利用壓縮空氣消煙解決了火炬燃燒冒黑煙的問題，也能解決企業(yè)的環(huán)保難題，為環(huán)境保護做出巨大的貢獻。