火炬收集管网系统

化工项目在正常生产和事故时均不可避免地要排放易燃易爆的物料，为了防止环境污染、火灾及爆炸事故发生，保证设备及人员安全，均须设计火炬系统处理排放的各类物料。对于烯烃项目中的火炬系统主要由装置界区内的火炬气收集管网和装置界区外的火炬总管网及火炬装置。

在各项目中，烯烃装置可以单独使用一套火炬系统也可以与其他装置共用一套火炬系统；在不同的项目中，火炬系统的划属范围也不尽相同；有些项目的火炬系统属于烯烃装置，有些项目的属于储运或公用工程装置；虽然归属装置不同，不管是高架火炬还是地面火炬的设计及操作都有共通性。

1.       火炬的主要作用

1.1.       安全处理掉装置正常生产时排放的多余易燃易爆物料。

1.2.       处理装置在异常情况时的物料。

1.3.       作为紧急事故处理时的安全措施。

2.       不同项目中冷火炬收集系统的对比

火炬收集管网系统可以分为热火炬排放（WF）、冷火炬排放（DF）、热液烃类排放（HBD）、冷液烃类排放（CBD）等四类（不同装置叫法不同，有些是干、湿火炬命名），划分依据主要是经过系统排放后的温度及是否含水；在不同的标准及工艺包中对冷、热火炬收集系统的划分有所异同，共同之处是对于是否含水的划分是一致的（含水排至热火炬），但对于排放后的温度划分有所不同。

3.       事故状态下火炬的最大排放量
       装置内火炬收集系统的设计是按照能够安全处理各种工况下排放的火炬气。排放量的变化可以从几乎为零到紧急情况时的很大排放量，其组成、温度、压力排放频率是火炬系统设计的主要条件。
       烯烃项目中火炬气排放量通常是根据公用工程故障及其他故障下影响分析而定的，具体的设计依据不再叙述，可以参考相关资料。
       烯烃项目随着生产规模的增加，在事故状态下排放量也差异很大。大量的易燃易爆物料的排放不仅造成了巨大的经济损失，对火炬系统的安全运行也是很大的考验。在早期的乙烯装置中，冷液烃加热器直接使用蒸汽加热，在紧急事故排放时，温差较大，极易造成换热器的泄漏，造成了很大的安全风险。现在的新建项目，基本上都是采用甲醇作为中间介质，减少了换热温差，有效降低了换热器泄漏的风险。

4.       火炬系统吹扫气设计目的及意义
       为避免空气进入火炬系统发生爆炸，在装置内火炬收集系统各分支区域末端注入燃料气或氮气。不同项目设计略有不同。
        火炬管网在特定的条件下存在两种负压情况。一种负压情况是高温气体排放停止时遇到降雨，管道内气体温度大幅降低导致整个管网出现负压，如果火炬处密封水量不足，则会导致空气由火炬头进入管网系统。另一种负压工况是在大气压高程差作用下，密度小于空气的排放气体处于缓慢流动或不流动时，水封罐至火炬出口任意点处均处于不同的负压状态，如果此时水封水量不足及系统管网维持正压，则整个火炬排放系统出现负压。此种情况下不会造成空气由火炬头进入管网系统，但是可以由火炬收集系统上的泄漏点进入系统。
        注入吹扫气体是防止火炬回火的唯一手段。火炬分支管线设置的吹扫气，都设置有限流孔板，不同项目吹扫气管线有DN20、DN25、DN50等。正常运行期为了节省物耗，某些项目把火炬系统各分支末端的吹扫气关小，此举虽减少公用物料用量，但也增加了火炬系统的风险。

智者明 发表于 2025-3-11 20:01
3.       事故状态下火炬的最大排放量
       装置内火炬收集系统的设计是按照能够安全处理各种工况下排放 ...

5.       火炬收集系统问题
5.1.       较细的CBD排放管线煨弯处、砂眼、焊缝处，在紧急排放时易发生泄漏。
      在项目建设期，尤其是较细的CBD、HBD排放管线，施工工人为了赶进度，在弯头处使用乙炔加热煨弯，此举破坏了材料的性能，在排放时极易造成弯头处泄漏。另一种是，较细管线弯头处使用正式弯头连接，但是焊接质量不佳也极易造成泄漏。
      由于阀体及管件的本身质量问题，有砂眼，在紧急排放时也极易造成物料泄漏。
5.2.       火炬过热器在开工时本体法兰泄漏
        某项目乙烯罐区火炬加热器及装置内的冷火炬过热器在开工时，因火炬排放造成设备本体法兰口泄漏。
        某乙烯项目冷火炬罐下部液相管线本体法兰，事故停车时因低温排放出现泄漏。

5.3.       火炬排放时，加热不及时造成低温
        某项目在初次投料开工时，因热火炬罐加热蒸汽疏水器后阀关闭，导致物料排放时无法加热造成热火炬罐冻堵。
        某项目乙烯罐区在使用乙烯实气置换乙烯罐放火炬时，加热不及时，火炬加热器出口温度急剧降至0℃以下。

5.4.       配管设计不合理，物料排放时，局部压力过高影响相临系统
        某烯烃项目乙烯罐区乙烯外送泵泵体排放线与机泵密封排放线接管较近，当机泵预冷排放操作时就会造成机泵密封压力升高，影响机泵的安全运行。
        某烯烃项目裂解气压缩机干气密封放火炬管线接至火炬总管距离工艺系统放火炬管线过近，在工艺系统排放时，干气密封背压急剧升高，干气密封放火炬流量瞬间为零，放火炬流量波动过大，极易造成联锁停车。

5.5.       低压火炬管线着火事故
        某乙烯装置低压管线发生着火。事故分析原因主要是火炬系统存在漏点，有空气漏入系统。防范措施：系统各种排放管线和火炬管线均有一定的设计承受能力，长期过量排放或长期没有采取必要的措施排放，都会带来潜在的危险，因而操作中要对系统物料排放操作引起足够的重视；对火炬线上各端点处的氮气要定期巡检，保证火炬线和其它有氮气保护系统内一定量的氮气流动，保证系统的安全。

6.       火炬系统的物料异常排放来源及分析
        装置投料运行后，正常情况下火炬系统除了吹扫气外不会有物料排放；但是在实际运行中会发现在火炬系统会有物料排放，这种物料的异常泄漏不仅会影响经济效益甚至会影响设备的安稳运行。
        在未查到异常物料排放来源时，为了减少排查的工作量，可以在火炬总管处取样分析火炬气中的组份，根据组份含量来缩小排查范围，很快的找到排放源。

在实际运行中，异常排放来源主要有以下几个方面：
a)       工艺系统的火炬排放阀内漏：吹扫时杂质进入阀道或密封面磨损，在新建装置此类情况非常常见。
b)       冷火炬系统低温阀门安装方向错误。
c)       事故处理后，放火炬阀关闭不严。
d)       机泵清滤网、换热器切出、投用等的泄压、置换过程排放。
e)       采样置换排放。

智者明 发表于 2025-3-11 20:04
5.       火炬收集系统问题
5.1.       较细的CBD排放管线煨弯处、砂眼、焊缝处，在紧急排放时易发生泄漏 ...

7.  紧急事故状态，火炬总管压力变化
        装置正常运行时，火炬系统压力10Kpa；在紧急事故状态下，系统会排放大量火炬，火炬系统压力急剧升高，冷火炬罐温度急剧下降至-50℃以下，现场冷火炬管线会挂上厚厚的一层霜，此时对火炬系统是至关重要的考验。

8.      总结
      火炬系统是事故状态下保证安全的最后一道屏障，但是很多项目在建设、运行时，对此系统的重视程度不够，存在各种风险。针对项目的不同时期，着重把控风险点，对装置的安全运行是非常必要地。

参考资料：
1、  SH-3009，石油化工可燃性气体排放系统设计规范。
2、  HG/T- 20570 ，工艺系统工程设计技术规定。
3、  王松汉主编，乙烯装置技术与运行。
4、  API-521，Pressure-relieving andDepressuring Systems.