摘要：地面火炬建立的目的是为了装置大检修期间主火炬停用后，原料和产品存储罐出现异常情况或超压时，可以通过安全阀将排放的物料送往地面火炬系统进行处理，从而保证原料和产品存储罐的安全运行。在运行中发现地面检修火炬存在消烟能力不足、频繁冒黑烟的情况，本文针对地面火炬运行存在的问题及整改方向进行阐述，为地面火炬的整改确定方向。
关键词：火炬气；地面火炬；黑烟；检修
引言：
化工一厂系统车间地面火炬系统主要用于装置大检修期间火炬一、二套装置停用后，原料和产品存储罐出现异常情况或超压时，可以通过安全阀将排放的物料送往地面火炬系统进行处理，从而保证原料和产品存储罐的安全运行。要求地面火炬系统实现设计排放流量范围内的无烟燃烧，排放产物满足国家现行标准和环保、健康方面的要求，运行平稳状态下，无异常噪声及过热现象。
正文：
一、装置概况
化工一厂系统车间地面火炬建设于2012年，是配套120万吨乙烯装置停工检修时储罐超压正常排放燃烧的设施。
地面火炬系统的界区单元占地20m×15m，地面燃烧炉内径Φ4800，高度20m，燃烧炉本体外壳用碳钢制成，内衬有轻质耐高温陶瓷纤维毯，可长期使用在1200℃的环境中，同时具有良好的吸音降噪特性。
地面燃烧炉内设有3台燃烧器，燃烧器可将排放气与空气充分混合，增加与空气接触面积，达到无烟燃烧。
地面燃烧炉外围设一个内径Φ8.5，高度6m的防风墙，可防止地面燃烧炉底部侧风对地面燃烧器燃烧状态的影响。
二、流程简介
火炬气由DN200火炬气管送至界区，经过阻火器后进入圆柱形焚烧炉，通过燃烧器进行焚烧处理。火炬内部设有三支长明灯和三台地面燃烧器组成，每支长明灯设一套点火装置，火炬燃烧信号通过仪表信号检测远传至DCS中。天然气通过减压阀控制压力，持续供给长明灯，保证长明灯是燃烧状态，在DCS画面内能够观察到长明灯燃烧状态，若熄灭可以到现场通过手动点火器点燃长明灯，地面火炬用氮气做速度密封气，保证地面火炬微正压、保证不回火。
三、存在的问题
（1）地面火炬速度密封气设计上存在缺陷
原始设计地面火炬系统采用氮气充当速度密封气，设计用量为10Nm3/h，目的是防止火炬回火，确保燃烧安全。但在实际大检修过程中，水气厂空分车间也要检修，空分车间检修期间意味着系统车间地面火炬无氮气可用，无法保证整个检修过程速度密封气的稳定供应。而如果用液氮钢瓶提供气源，将会是巨大的消耗和繁重的工作量。
（2）地面火炬燃烧过程频繁出现黑烟
地面检修火炬设计排放量7.5t/h，排放组成乙烯80%，丙烯20%，相当于乙烯6吨/时，丙烯1.5吨/时能够稳定燃烧，不产生黑烟状态。但在实际运行过程中，黑烟状态频繁出现，即使在设计条件范围内的排放，也会产生黑烟，为车间的安全环保管理产生消极的影响。因此如果有储罐超压需要泄放，必须延长泄放时间，降低排放速率，可能会导致地面火炬管线憋压、上游罐区法兰憋压泄漏等事故。
四、整改措施
（一）地面火炬速度密封气整改
针对大检修期间氮气供应中断，无法保证速度密封气连续供应的情况，用户单位与设计单位沟通，结合现场实际，2015年增加从燃料气罐前至地面火炬速度密封气管线流程，在水汽空分装置停工检修后，通过持续不断的向地面火炬主管线中补充天然气，实现速度密封气的稳定运行，有效防止地面火炬阻火器后25米管线压力低回火，切实满足安全生产的需要。
（二）地面火炬燃烧黑烟问题整改
1、工艺措施方面
由于地面火炬成分燃烧能力不足，加之设计燃烧组分就是以C2、C3为主的轻组分，燃烧负荷偏低，因此需要从上游对排放组分、排放负荷进行控制。
1）停工之前将火炬管道置换干净并排入主火炬，避免管道内参与重组分物料泄放造成地面火炬冒烟。
2）燃烧组分越重，单位体积燃烧所需的氧气量越高，燃烧过程出现的冒黑烟现象越明显。因此要严格控制C4及以上重组分进入地面火炬的数量，即便有必须排放的情况出现，也要提前统筹，尽量延长排放时间，降低重组分所占比例，避免火炬黑烟的出现。
3）由于乙烯、丙烯物质的特性，大检修期间气化超压的情况无法避免，但受火炬排放负荷限制，统筹分配上游储罐排放地面火炬的时间、错峰排放就显得尤为重要。
2、改造措施方面
为切实解决地面火炬燃烧过程产生黑烟的问题，大庆石化公司与多家设计单位进行交流，初步形成几个整改方向：
方案一：为实现地面火炬的无烟燃烧要求，结合系统车间现有公用工程配套，需采用鼓风机前置消烟，现有炉膛结构不变，其他主要工作有
1）更换现有燃烧器，与鼓风机匹配；
2）升级改造火炬气分级系统，由现有的一级系统改造为四级系统；
3）升级改造氮气吹扫系统；
4）增加仪表风管路（增加仪表控制阀组，现有系统没有仪表风）；
5）升级改造防风墙（增加管道数量，需要再现有防风墙上开孔）；
6）部分升级控制系统（增加仪表控制点和逻辑）；
7）升级改造配电系统（增加鼓风机用电）；
8）改造后火炬处理量按照11.5t/h，火炬气压力按照30kPaG
9）长明灯改制高效长明灯2套、电点火装置2套
方案二：
1）增加排放气与空气接触面积
现有三台燃烧器，单台最大排放量为2811m3/h，需求空气量3万余 m3/h，火焰与空气接触面积较少，靠排放气喷射和热气流上升吸入的空气，完全不能提供大量空气混入火焰燃烧。
充分利用燃烧台内空间，设置奇台燃烧器，中心一套，环绕中心设置六台，采用环形管连通。燃烧器采用微孔结构，分布面积与燃烧器基本相同，增加空气接触面积，提高混入空气量。
2）增加压缩空气助燃
在燃烧器上每个歧管上配置压缩空气喷管，强制吹风配烧。
压缩空气（≥0.6MPa，最大流量600 m3/h）总管DN80，在进入防风墙前设置气动调节阀，可根据排放气流进行调节压缩空气流量。
进入燃烧塔底部后分7路DN25管道引接至燃烧器配风接口。
风量调节与排放主管管道上的流量计联锁。
3）分级燃烧
在排放较小七台燃烧器同开，势必会降低火焰高度，容易被配风吹灭。为火焰稳定燃烧，中心一台燃烧器设为第一级，周围六台燃烧器设为第二级，在防风墙外分开，第一级用DN80管引入，设置阻火器，为常开状态，长明灯长燃，有排放时即可燃烧，第二级设置气动开关阀和旁路爆破片，当压力达到设定值时开启开关阀。防风墙内连接第二级配气盘管，分配到六台燃烧器。
第二级气动开关阀由主管道上压力变送器联锁。
通过上述两个方案对比，改造方向都是针对地面火炬充分燃烧能力不足的问题进行完善，方案一侧重于从全面提升地面火炬处置能力、自动安全控制、增强燃烧效果方面进行改造，方案二侧重于从增加燃烧效果方面进行针对性改造，两种方案各有优缺点，但从安全环保要求不断严格的大趋势情况看，如果条件具备，方案一的实现更有助于地面火炬系统的整体水平提升，也能够从长远上解决土火炬运行的环保问题。
五、结论
1、地面火炬系统是大检修期间保证原料和产品存储罐的安全运行的关键装置，随着安全环保形势的日益严峻，地面火炬系统的安全稳定运行以及燃烧效果达标愈发受到重视。
2、地面火炬速度密封气是保证地面火炬系统安全运行的关键措施，它的选取一定要考虑充分，确保气源的稳定和持续性。如果以生产用氮气作为气源，要考虑后备措施。
3、地面火炬的设计要有前瞻性，要考虑到安全环保要求的不断提高，因此在设计负荷、设计组份、自控水平上都要有前瞻性的设计，避免后续改造过程中带来的不必要的麻烦和工作。