火炬气回收系统的优化改进

摘要：本文通过对火炬回收系统进行选择以及设计，期望能更好的促进火炬回收系统的优化。

关键词：火炬；回收系统；优化改进

中图分类号：C35 文献标识码： A

引言

炼油厂和石油化工厂为了处理平时生产过程中和紧急事故时排放的可燃气或可燃有毒气体，保证装置和人身安全，减少环境污染，均设有火炬系统。每年在火炬中被烧掉的烃类等可燃气体量相当可观。因此，近十多年来，由于能源紧张，为了降低产品成本及减轻环境污染，对炼油厂和石油化工厂的火炬系统进行改造，回收利用火炬气。这样，不仅可以提高经济效益，而且能消除由于火炬引起的烟、光、噪音及排出废气对环境的污染，并延长火炬头的使用寿命。现在我国已有不少乙烯装置和炼油厂都把火炬气加以回收利用，并取得了明显的经济效益。

一、火炬气回收技术

（一）原料型

即将回收的火炬气作为装置的原料使用。通.过再加工来增加产品产量，通常将含有较多氢气、丙烯等组分的火炬气送入变压吸附等装置，通过压缩、分离、冷凝等措施进行回收，产品作为工艺原料或成品，最大限度地提高经济效益。

（二）燃料型

将回收的火炬气作燃料使用。一般石油化工联合装置的火炬气回收系统，大多采用此方法。因为在这种情况下，火炬气的成分较为复杂，回收其中某一组分在经济上不合算。

二、火炬气回收系统运行情况

乙烯装置开车稳定后，开始投用火炬气回收系统。将压缩机流量返回线上的入口压力控制阀开至最大位置，启动压缩机。随着压缩机出口压力升高，人口压力逐渐降低，并很快达到低压联锁值使压缩机联锁停车。压缩机停车后，人口压力马上恢复到启动前压力。连续启动几次，情况均相似。考虑到流量返回线可能流通不畅，未起到补压作用，于是再次启动压缩机之前，首先关闭了人口压力控制阀PV9501。当压缩机人口压力偏低时，缓慢开启PV9501。压力逐渐回升，但不久压力开始波动。继续开大PV9501，人口压力波动更大，并很快达到低压联锁值。火炬气回收压缩机频繁跳车，不仅增加了操作人员的劳动强度，而且使大量的火炬气白白烧掉，增加了经济损失。为此，我们专门对这一问题进行了技术攻关。

三、火炬系统回收利用存在问题

（一）新增了排放点且存在不合理排放

（二）瓦斯回收能力与排放量不匹配

表1各炼油厂回收能力对比

（三）部分管线腐蚀严重造成隐患

三、火炬天然气回收工艺研究

（一）工艺方法研究

（1）工艺流程方案一：从火炬总管上引出放空气到回收压缩机入口，增压后再进到轻烃装置入口分离器流程；或者直接进到干气外输管线，同时用水封控制火炬总管压力，用阻火器防止回火，达到火炬放空气回收利用的目的（图1）。温米、丘东火炬回收适合该方案。

方案二：充分利用现有流程设备，对原稳压缩机吸气流程做适当调整，从火炬总管上引出火炬气到原稳压缩机入口，利用原稳压缩机的富裕回收能力回收火炬放空气，火炬总管线上增加气动蝶阀控制火炬总管压力、并联爆破片旁通流程及手动闸阀回路，用阻火器防止回火。鄯善、丘陵火炬回收适合该方案。在正常工况下，采用以上2种方案可以实现火炬气回收利用，达到消灭火炬的目的。在事故放空状态或超过压缩机最大回收能力时，气体突破水封或气动调节阀某开，排放燃烧。

（二）车用液化石油气散装站台放空线改造

经车用液化石油气散装站台放空线排放掉的这部分气体的理想去向是回收到储罐。因为散装罐车的操作压力为1.7MPa左右，而储罐的操作压力为1.1MPa左右，存在0.6MPa的压力差，所以可以将罐车泄压流程改进储罐。从施工方便和放压安全的角度人手，决定将放空线与储罐平压线相连。但由于实际运输时民用和车用液化石油气并不分车，进一步对排放气体采样分析，得出当前后两次储装介质不同时，罐车原储装介质残留物对装车成品有所影响。故将放空线与车用液化石油气储罐及液化石油气储罐平压线分别相连，并加阀门控制。在装车前对罐车原储装介质进行确认，如罐车原储装介质为民用液化石油气则放空线与民用液化石油气储罐平压线串连，向其放压。如罐车原储装介质为车用液化石油气则向车用液化石油气储罐放压，以免放压气体影响储罐内成品质量。但实际操作时，后一措施未能实现。

（三）压缩机的选择

由于火炬气的流量和组成波动很大，压缩机的选择比较困难。在选择压缩机前，应对火炬气的流量和组成进行长期测定，求其平均值，根据平均值选择压缩机。若压缩机选择过小，火炬气不能充分回收；若选择过大，由于部分气体要经常某循环而多耗电。一般烃类的压缩系数变化不大，但由于比重和绝热指数的变化，影响压缩机的功率和压缩机出口温度。高速离心式压缩机在小气量情况不能采用。活塞式压缩机在高桥石化公司火炬气回收设施的使用情况表明，因火炬气中含有丁二烯等组份，在压缩过程中易在压缩机中自聚结焦，造成压缩机故障较多，需要经常检修。另外，采用活塞式压缩机占地大，投资高，现在已很少使用活塞式压缩机。燕山石化公司和齐鲁石化公司采用水环式压缩机回收火炬气，工艺流程简单，占地少，操作方便，效益很好。但是国内目前尚无合适的水环式压缩机，需从国外引进。螺杆压缩机兼有往复式和离心式的优点，气量可调节，操作平稳，且能处理湿气体，因此，可以采用螺杆压缩机。由于被压缩的气体是易燃易爆的气体，压缩机的驱动电机要求防爆。国产湿式螺杆压缩机组的使用情况表明，这种压缩机适应性强，运行稳定，能满足火炬气回收的特殊要求，而且与能力相近的引进水环式压缩机相比，国产湿式螺杆压缩机价格几乎便宜一半。使用这套机组回收火炬气，投资省，占地少，上马快，收效大，运行稳定，安装使用方便。

（四）新建一火炬

低温冷储装置瓦斯排放压力低（9200Pa），与聚丙烯厂共用一火炬，排放时瓦斯容易倒窜引起装置憋压而造成严重的后果。针对这一现状作出改造，火炬Ⅰ作为聚丙烯厂放空用的火炬，同时在西化工区新建一火炬，作为低温冷储装置专用火炬。另外，利用某化工厂闲置的1 000m3气柜，再利用其压缩机、储罐、机泵等设施回收放火炬的丙烯，达到节能降耗的目的。

（五）火炬气回收系统

火炬气的回收设备为罗茨鼓风机及LG-20/6.0石油喷水螺杆压缩机。罗茨鼓风机由于经常漏油、漏气，检修频繁不能长周期运行，同时由于出口压力低（35kPa），只能供CO锅炉使用，不能进入管网，而且常被反窜的高压瓦斯憋停，使风机不能正常运转，现基本停用。螺杆压缩机气量能够调节，操作平稳，入口有负压自保装置可防止管线抽空，而且既可以抽气柜瓦斯气，又可直接抽低压管网瓦斯气，压缩机出口管线连接到高压瓦斯管网上，可供全厂的生产装置回收瓦斯再吸收利用。

（六）氧含量分析控制

火炬气中可能夹带有氧，当氧含量达到一定值时可能形成爆炸性混合气体（见表1）。为了防止爆炸，确保安全，在压缩机入口管线上安装连续氧含量分析仪，当氧含量高于一定值时报警，若再继续升高到另一给定值，则压缩机联锁停车；并安装临时取样口，定期分析火炬气中的氧含量，以便校对氧含量分析仪的准确性。

表1火炬气组份的爆炸极限v（写）

（七）自动检测、安全点火技术

自动点火装置由火焰温度检测、火炬压力检测、高能点火发生器、高压电缆、抗蚀电极发弧装置、电磁阀组以及高空点**组成。点火程序控制器根据火炬总管压力信号判断是否有天然气排放，并根据长明灯的温度信号决定是否发出点火信号。若火炬系统有天然气排放，并且长明灯处于熄灭状态时，点火控制单元将发出点火信号，某开燃料气管线上的点火电磁阀，并触发高空点火装置点燃高空点**。当火炬热电偶检测到高空火炬已燃，点火控制单元将切断燃气电磁阀，停止点火，自动点火系统回到巡检状态。

（八）安全联锁设置问题

安全是火炬气回收系统首要满足的条件。为了避免系统因工艺参数的波动出现安全问题，需要设置安全联锁。呼和浩特炼油厂的回收系统，缺少气柜低液位自动停机并报警的联锁保护，可能带来安全隐患。然而安全联锁设置不当，系统也会发生非计划性停车。比如中原石化14万t/a乙烯装置火炬气回收系统运行之初，就曾因压缩机入口低压联锁频繁停车，造成火炬气极大的浪费。随着火炬气回收系统工艺的程度越复杂，安全联锁设置越复杂，相应可能带来的误停车的风险也越大，这就要求管理方要认真地分析流程和工艺参数变化带来的后果，合理调整系统的安全联锁报警。

结束语

研究成果适用于联合站或天然气处理装置火炬气的回收应用，既可利用已建设施，减少占地面积、降低运行成本、减少投资，也可进行局部改造提高处理能力。也适用于边远单井天然气的回收利用。本成果目前已在温米、丘东、丘陵联合站的火炬中进行应用。对国内其他油田的火炬气的回收具有借鉴意义。