在化工廠里,總是可以看到一種冒著火焰的“煙囪”,它日夜不停地燃燒著。有人會(huì)說,這要燒掉多少燃料,多浪費(fèi)啊。是!那么,為什么還要這么做呢?
其實(shí),這并非是煙囪,它的名字叫做安全火炬。
安全火炬有什么用?
化工廠在生產(chǎn)過程中,會(huì)產(chǎn)生很多易燃易爆的氣體,其中很多對人體有害。它們多數(shù)比空氣重,如果放入大氣,經(jīng)蔓延,會(huì)沉積在地面上,并達(dá)到很高的濃度,這會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,危害人體健康,如若碰到火種,將造成火災(zāi),甚至爆炸。
為了防止這些危險(xiǎn)發(fā)生,人們把它們集中起來燒掉,以防后患;鹁鎸⑦@些易燃、易爆、有毒、有腐蝕性的氣體通過燃燒變成無害的二氧化碳、水或無毒、毒性較小的其它物質(zhì)。
將這些燃料直接這樣燒掉,的確有些浪費(fèi),所以工廠正在千方百計(jì)地把火炬氣體回收,作為有用的燃料。
但是,即使回收得比較徹底,火炬還是不能廢除的,因?yàn)樵诎l(fā)生意外事故時(shí),仍然必須通過它,將大量的可燃?xì)怏w燒掉,以確保安全。
所以,火炬裝置可以說是化工廠的最后一道安全屏障。
為何有的火炬的形狀不同?
兩種類型的火炬分別為高架火炬和地面火炬。兩種火炬各有千秋。
1地面火炬
其燃燒就在地面附近發(fā)生。它的型式可能是未封閉的傳統(tǒng)火炬燒嘴,也可能是帶耐火襯里的鋼制封閉結(jié)構(gòu),含有多個(gè)燒嘴。
優(yōu)點(diǎn):運(yùn)行成本低且維修方便。
缺點(diǎn):地面火炬的處理能力小,且不能燃燒有毒氣體。建設(shè)成本較高。
2高架火炬
它的火焰遠(yuǎn)離地面,在火炬塔頂端燃燒;鹁嫠敹嗽O(shè)有火炬頭,火炬頭部配有長明燈,長明燈經(jīng)點(diǎn)火器點(diǎn)燃后將一直燃燒,廢氣到火炬頭部時(shí),會(huì)立即被點(diǎn)燃。
優(yōu)點(diǎn):高架火炬處理廢氣的能力大,建設(shè)成本低。
缺點(diǎn):由于火炬氣體出口的速度較快,燃燒時(shí)所產(chǎn)生的噪音是無法避免的。同時(shí)火炬頭處所產(chǎn)生巨大火焰造成的熱輻射,對高架火炬附近的工作人員及設(shè)備有很大的影響。
高架火炬根據(jù)其支撐方式,還可以分為塔架支撐火炬、拉索火炬、自支撐火炬。
自支撐火炬 拉索火炬 塔架支撐火炬
火炬用于處理哪些氣體?
不同廠對于火炬要求和使用情況也不相同。比如煉油廠火炬一般在硫磺車間,處理硫化氫氣體;鹁嫣幚淼臍怏w有:
1、煉廠吹掃氣和廢氣
2、油井中與原油一起排出的不可回收氣體
3、鼓風(fēng)爐排放的氣體
4、焦?fàn)t產(chǎn)生的不能利用的氣體
5、化工過程產(chǎn)生的廢氣
來自煉廠、原油生產(chǎn)、化學(xué)工業(yè)以及焦?fàn)t(所占比重較小)的火炬氣,主要由低分子量、高熱值的烴組成。來自鼓風(fēng)爐的火炬氣,主要由低熱值的惰性組分和CO組成。
火炬也用于燃燒處理下水道、煤氣化、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)、配有鈉/水換熱器的核電廠、重水工廠以及氨肥廠所產(chǎn)生的廢氣。
典型的火炬系統(tǒng)包括哪些?
1、 集氣總管和從各工藝單元收集氣體的管道
2、 用于脫除和儲(chǔ)存可凝縮和夾帶液體的緩沖罐(脫夾帶罐)
3、 專用的密封罐、水封罐或用于防止排放氣倒流的設(shè)施
4、 單個(gè)或多個(gè)燃燒器和火炬筒
5、 如果需要,還要配置氣體引燃器和點(diǎn)火器,以引燃廢氣和空氣的混合物
6、對于無煙火炬,還要提供外部輸送力(蒸汽吹掃或強(qiáng)制通風(fēng)),天然氣、燃料氣、惰性氣或氮?dú)舛伎捎米龃祾邭?/p>
火炬的結(jié)構(gòu)組成?
下面為高架不可拆卸火炬的結(jié)構(gòu)組成。
1火炬頭
火炬頭的作用是將廢氣盡可能燃燒干凈。
常見的有直筒式,用于天然氣火炬、焦?fàn)t煤氣火炬等;也有倒錐形的,用于水煤漿為原料制甲醇、合成氨的火炬。
圖為煤制30萬噸合成氨/年裝置的火炬頭
還有帶消煙功能的火炬,其內(nèi)部和外部都具有消煙蒸汽管,在石油化工、煉油企業(yè)很常見。
圖為帶消煙功能的火炬頭
2點(diǎn)火器
火炬點(diǎn)火器是一種自動(dòng)點(diǎn)火工具,具有點(diǎn)火可靠、壽命長等優(yōu)點(diǎn)、發(fā)火端耐高溫、抗結(jié)焦、具有自凈能力等優(yōu)點(diǎn)。
點(diǎn)火器原理
當(dāng)火炬壓變檢測到壓力達(dá)到一定值,點(diǎn)火控制系統(tǒng)開始送電(220V),經(jīng)高壓發(fā)生器升至10000V,傳送給點(diǎn)火器,電磁閥得電后打開,氣體到達(dá)點(diǎn)火嘴,點(diǎn)火器得電后產(chǎn)生電弧進(jìn)行點(diǎn)火,點(diǎn)燃?xì)怏w。
點(diǎn)火器使用注意事項(xiàng)
1、點(diǎn)火時(shí),應(yīng)先開點(diǎn)火裝置,然后噴油(氣)點(diǎn)火;一般點(diǎn)火時(shí)間不能超過30秒。
2、點(diǎn)燃火炬時(shí)流程確認(rèn)一定要到位,在點(diǎn)燃開工火炬時(shí),確認(rèn)除開工點(diǎn)火器和長明燈的燃?xì)忾y門打開外,其余閥門全部關(guān)閉。禁止在點(diǎn)燃火炬時(shí)將不相關(guān)的燃?xì)忾y門打開。
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3分子封
在有火炬氣排放時(shí),可以利用另外一股氣體的力量,阻止廢氣和空氣的混合氣體返回火炬內(nèi)部,這樣可避免爆炸事故。
分子封的結(jié)構(gòu)至少有三種。最常見的是迷宮式分子封。(采用比空氣輕的氣體 如氮?dú)?時(shí)用)
圖為迷宮式分子封
另外一種迷宮式分子封的結(jié)構(gòu),采用比空氣重的氣體如二氧化碳時(shí)用,就是將上圖倒過來用。
圖為迷宮式分子封
迷宮式分子封的常見問題
(1)結(jié)冰堵塞
在高寒地區(qū),分子封如果沒有保溫、伴熱措施,火炬氣中的水分會(huì)凝結(jié)下來,從 而結(jié)冰堵塞分子封。這個(gè)后果是非常嚴(yán)重的。
防止辦法:隨氣溫的變化分別采取保溫措施或伴熱保溫措施即可。 分子封做成斜底,最低處開一個(gè)排污口,也是一個(gè)比較好的辦法。
(2)鐘罩脫落
事故的后果很嚴(yán)重。防止辦法:按規(guī)范設(shè)計(jì)、按設(shè)計(jì)制造,不要偷工減料即可。當(dāng)然,分子封的材料也很重要。如果火炬氣是有腐蝕性的氣體,分子封就要用相應(yīng)的不銹鋼材料(例如:304、316L)。
有些火炬廠家非常聰明,在分子封鐘罩的下面,焊了幾個(gè)支座,在分子封的上部,焊了幾塊擋板,就是分子封出了問題,讓鐘罩也掉不下來、上不去,避免更大事故的發(fā)生。
(3)雜物堵塞
有些火炬頭口徑很大,內(nèi)存耐火材料。時(shí)間長了,耐火材料脫落,會(huì)堵塞分子封。 火炬氣中的灰塵、火炬氣燃燒后產(chǎn)生的灰塵,也會(huì)堵塞分子封。
防止辦法:分子封設(shè)一到二個(gè)檢修手孔。堵塞嚴(yán)重,只有拆下檢修。
4火炬筒體
是一個(gè)鋼制的直筒子。兩端是法蘭,通常下面是與立式水封罐相連, 上面是與分子封相連。其作用是將火炬頭、分子封的重量傳遞出去。
最常用的火炬筒體材料是碳鋼。也有碳鋼加厚、不銹鋼的。對于醋酸火炬,還要使用優(yōu)質(zhì)不銹鋼 316L。
5水封罐
其作用是防止火炬系統(tǒng)發(fā)生回火、爆炸事故。其材料一般為碳鋼,也有不銹鋼的。
6分液罐
應(yīng)能分離出排放氣體中直徑 300μm-600μm 的液滴。以防止下火雨。
如何消煙?
如要這些氣體完全燃燒,需要足夠的助燃空氣和恰當(dāng)比例混合的廢氣和空氣,燃燒可能會(huì)產(chǎn)生煙,這取決于廢氣的氣體組成、流量以及助燃空氣的分布。
通常,含有甲烷、氫氣、CO和氨的廢氣,燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生煙;而含有重?zé)N,如:高于甲烷的直鏈烷烴、烴和芳烴,燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生煙。
高架火炬通常使用外部輔助來消煙:
如:使用蒸汽吹掃或鼓風(fēng),通過使氣體/廢氣的更有效混合和擾動(dòng)達(dá)到消煙的目的。還可以用噴水、高速渦流或注入天然氣的方法來消煙。地面火炬很少使用輔助措施進(jìn)行消煙。
為何工廠配有兩組火炬?
許多火炬系統(tǒng)都配備兩組火炬,平行布置或串聯(lián)布置,對于平行布置的火炬,一個(gè)火炬停工維修時(shí),可使用另一個(gè)火炬。
對于串聯(lián)布置的火炬,通常,一個(gè)是高度較低的地面火炬,用于處理正常情況下較少流量的氣體,另一個(gè)是高架火炬,用于處理緊急故障工況下的大流量氣體。
火炬的負(fù)面影響
火炬運(yùn)行的噪音和熱量是我們最不想要的負(fù)面影響;鹁嫱ǔN挥谶h(yuǎn)離居民區(qū)的地方或充分隔離,以使其負(fù)面影響降到最低。
火炬的排放物包括:含碳顆粒(煙灰)、未燃燒的烴、CO及其它部分燃燒和發(fā)生了轉(zhuǎn)化的烴,以及NOX。如果火炬氣中有含硫物質(zhì),如硫化氫或硫醇,則排放物中還會(huì)含有二氧化硫(SO2)。
火炬排放物中烴的含量與燃燒程度有關(guān),而燃燒程度很大程度上取決于燃料/空氣的配比和混合程度,也就是取決于火焰能達(dá)到的溫度及溫度的穩(wěn)定保持情況。正確操作的火炬可實(shí)現(xiàn)燃盡率98% 以上,也就是說排放物中的烴和CO的含量是總烴氣體流量的2% 以下。