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工艺安全聚焦:高架火炬火雨危害和预防

事故案例

高架火炬排放的可燃气体中夹带可燃液体时,可能因为不完全燃烧而产生火雨。调查发现,火雨情形在石油天然气和化工行业多有发生,且有引发火灾后果的案例。如20071026日国内某石化公司由于生产装置对高、低压管网突然大量排液,造成气体含液量增多,液体冲入火炬塔,造成大面积火雨;201565日国内某石化公司乙烯装置碳四火炬排放夹带液滴,火雨将场地杂草点燃,所幸被及时发现、扑灭,未威胁远处的可燃液体储罐区;2016年某石化公司乙烯厂联合车间因设备故障导致停工紧急排放火炬,火雨点燃了火炬西侧150米外的可燃物料堆放点。

高架火炬火雨预防

相关规范的要求和产生火雨的原因分析

国家标准GB50160《石油化工企业设计防火规范》规定,可能携带可燃液体的高架火炬与甲、乙、丙类工艺装置(单元)、全厂重要设施、地上可燃液体储罐、可燃气体储罐、液化烃储罐等危险设施的防火间距不应小于90m。此防火距离的依据是“据调查,火炬火雨洒落范围为60m~90m。”但有不少实际火雨案例表明,高架火炬的火雨洒落范围远大于90m

《石油化工可燃性气体排放系统设计规范》(SH3009-2013)有关条款明确了消除火炬系统带液排放的条件,以及分液罐尺寸计算、校核方法,包括:

  • 4.5条:对含有C5及以上烃类或水蒸汽的可燃性气体排出装置前,应经过分液罐分液,除去大于或等于600um的液体。

  • 7.1.2条: 排放系统管网的马赫数不应大于0.7;可能出现凝结液的可燃性气体排放管道末端的马赫数不宜大于0.5

  • 8.1.2条:含凝结液的可燃性气体(C5C5以上)排放管道宜每1000m~1500m进行一次分液处理。

  • 8.1.5 条:计算分液罐尺寸时,被分离液滴直径宜取600um

尽管相关国内外设计标准、规范对预防火雨危害给出了明确要求和指导做法,但调研发现,导致火炬火雨危害的原因,仍然是设计和装置运行管理环节存在问题,比如:

  • 设计时分液罐尺寸不能满足要求。比如一些火炬供货商不具备火炬装置的成套能力,计算分液罐尺寸错误,导致分液罐尺寸选小;或者低价中标的供货商为了压缩成本,有意选小、算小分液罐尺寸。

  • 过程安全管理不当,将重组份排入火炬;设计或安装不当导致分液罐、水封罐无法正常投用(比如气流速度大冲击振荡罐体);分液罐液位高(排液不及时),等。

  • 多年运行后产能增加,但火炬系统没有升级,处理能力不够。

  • 单套装置生产能力过大,分液罐处理能力不匹配。比如国内某些甲醇装置的单套能力达到100万吨,火炬排放量巨大,但由于造价和技术原因,人为地缩小了分液罐尺寸。

预防火雨危害的措施

应当以下设计和运行管理环节全方位地预防火炬火雨危害,包括:

  • 参考或依据《石油化工可燃性气体排放系统设计规范》(SH3009)、《泄压和减压系统指南》(SY/T10043)的要求,确定合理的火炬系统设计排放条件、分液罐的尺寸和附属安全设施(高低液位报警和联锁、伴热、温度计、压力表、凝液输送泵等)。特别是确保分液罐尺寸能够提供充分的液滴沉降时间(如针对直径600um以上的液滴),以及合理的气流通过速度,尽可能消除可燃气体排放夹带液体的条件。

  • 运行阶段采取合理的维保措施,确保分液罐及其附属安全设施处于良好投用状态,比如避免分液罐高液位。如果临时或永久改变火炬系统的排放条件,比如改变伴热条件或季节性取消伴热措施、旁通排放气出装置前的分液罐等,应按照公司变更管理程序(MOC)或专项的过程危害分析(PHA),避免或消除变更产生的危害条件

  • 采用计算流体力学CFD数值模拟技术预测火雨扩散范围。现阶段已经出现了高度超过100m高架火炬、甚至200m的超高火炬,实际案例的火雨洒落范围也超出了规范提出的90m防火距离。因此,有必要根据物料排放条件、火炬筒高度、厂址当地自然风条件等因素,在数值模拟结果的基础上,确定充分的防火距离。

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