火炬系统

转载。孙莉

火炬系统是通过燃烧方式处理排放可燃气体的一种设施。分高架火炬、地面火炬等。由排放管道、分液设备、阻火设备、火炬燃烧器、点火系统、火炬筒及其他部件等组成。

火炬系统本身是一种为化工生产安全设置的设施，但是由于未规范设计、施工、管理导致在此区域发生的事故也不少见。

如2014年9月7日15时45分左右，宁夏捷美丰友化工有限公司（位于宁东能源化工基地煤化工园区B区）东南角火炬装置区域，发生一起因氨气液混合物从主火炬筒顶部喷出并扩散，造成火炬装置周边约200米范围内41人急性氨中毒的事故。 

事故直接原因：

中国成达工程有限公司设置在壳侧设备出口管线上（保护二手设备）的01E0507和01E0508安全阀均为气液两相，在氨蒸发器01E0507安全阀PRV-01E0507起跳后，液氨直接进入氨事故火炬管线，加之氨事故火炬未按国家强制性标准GB 50160要求在氨事故放空管网系统上设计、安装气液分离罐，致使液氨从事故火炬口喷出，气化后迅速扩散。

为了避免火炬系统全生命周期因各种原因导致事故发生，需要企业自火炬系统建设选址即开始策划管理火炬系统，本文抛砖引玉，就如何管理好火炬系统和大家一起学习研究。

▶ 区域规划

• 高架火炬防火间距应根据人或设备允许的辐射热强度计算确定，高架火炬不同辐射热强度范围内允许布置的设施或区域宜符合表4.1.9A-1和表4.1.9A-2的规定。对可能携带可燃液体的高架火炬的防火间距应符合以下要求

① 与相邻工厂或设施：不应小于表GB 50160-2008（2018年版）《石油化工企业设计防火标准》4.1.9的规定

② 与同类企业及油库：不应小于GB 50160-2008（2018年版）《石油化工企业设计防火标准》表4.1.10的规定

③ 与石油化工园区的公用设施、铁路走行线：不应小于GB 50160-2008（2018年版）《石油化工企业设计防火标准》表4.1.11的规定

▶ 工厂总平面布置

• 全厂性的高架火炬宜位于生产区全年最小频率风向的上风侧

• 2座及2座以上的高架火炬宜集中布置在同一个区域。火炬高度和火炬之间的防火间距应确保事故放空时辐射热不影响相邻火炬的检修和运行

• 高架火炬的防火间距应根据人或设备允许的安全辐射热强度计算确定，对可能携带可燃液体的高架火炬的防火间距不应小于GB 50160-2008（2018年版）《石油化工企业设计防火标准》表4.2.12的规定

▶ 工艺布置

• 火炬的设置要求

① 能同时检修的生产装置，宜共用一个火炬

② 大型炼油、化工一体化项目可按炼油和化工区分别设置火炬，当火炬筒体采用可拆卸式设计方案时，炼油和化工火炬可共架安装

③ 大型炼油厂或石油化工厂设置的火炬不宜少于2套

④ 当全厂可燃性气体排放系统中设置的火炬气回收设施不能完全回收装置正常生产所排放的可燃性气体时，且该排放系统所对应装置组的检修周期大于2年的，可设置备用火炬或小型操作火炬。备用火炬的处理能力要能满足任何一个操作火炬检修停工的需求，小型操作火炬只处理正常生产所排放的可燃性气体

⑤ 在满足可燃性气体安全排放的前提下，几座火炬之间可进行切换操作；火炬之间的切换连通管道应设置在水封罐前，并应设置双切断阀及盲板。

• 泄放可能携带液滴的可燃气体应经分液罐后接至火炬系统

• 对液化烃或可燃液体设备，应能将设备内的液化烃或可燃液体排放至安全地点，剩余的液化烃应排入火炬

• 对可燃气体设备，应能将设备内的可燃气体排入火炬或安全放空系统

• 液体、低热值可燃气体、含氧气或卤元素及其化合物的可燃气体、毒性为极度和高度危害的可燃气体、惰性气体、酸性气体及其他腐蚀性气体不得排入全厂性火炬系统，应设独立的排放系统或处理排放系统

• 可燃气体放空管道在接入火炬前，应设置分液和阻火等设备

• 可燃气体排放系统中的分液罐或凝缩液罐距离明火地点、重要设施及工艺装置内的变配电、机柜间等的防火间距不应小于15m

• 携带可燃液体的低温可燃气体排放系统应设置气化器，低温火炬管道选材应考虑事故排放时可能出现的最低温度

• 火炬应设长明灯和可靠的点火系统

• 装置内高架火炬的设置应符合下列规定∶

① 严禁排入火炬的可燃气体携带可燃液体

② 火炬的辐射热不应影响人身及设备的安全

③ 距火炬筒30m范围内，不应设置可燃气体放空

▶ 封闭式地面火炬的设置除按明火设备考虑外，还应符合下列规定∶

① 排入火炬的可燃气体不应携带可燃液体

② 火炬的辐射热不应影响人身及设备的安全

③ 火炬应采取有效的消烟措施

▶ 火炬设施的附属设备可靠近火炬布置。

▶ 企业应建立、健全火炬系统安全生产责任制、各项运行管理制度和安全操作规程，可在操作现场获取

▶ 各种记录档案应分类归档，设计、施工、竣工验收的图纸、图表等文件资料长期保存，其他记录至少保存1年

▶ 应根据锅火炬系统的类型、操作的繁简程度和处理介质的性质，开展从业人员的安全教育和培训，使之具备必要的安全生产知识、安全操作技能和应急救援知识

▶ 员工上岗、转岗前，应对其进行消防安全培训，对在岗人员至少每半年进行一次消防安全教育

▶ 应编制火灾、化学品泄漏等情形的专项应急预案，应急预案编制应符合现行国家标准《生产经营单位生产安全事故应急预案编制导则》GB/T 29639的要求，并至少每3年修订一次，且在现场随时可获取，定期进行预案演练，持续改进预案；属于消防安全重点单位的场所应至少每半年组织一次消防演练

▶ 火炬系统各设备的设置和运行应符合消防安全要求，应建立消防应急处置措施，定期开展消防安全检查

▶ 火炬系统运行管理文件应至少包含

• 管理制度：交接班制度、巡视检查制度、操作规程等

• 图纸：火炬系统内部结构图、消防设施布置图等

• 图表：火炬系统各安全附件定期检验报告、操作人员上岗证复印件、事故处理及紧急应用电话表等

• 记录：火炬系统运行操作记录、火炬系统巡视检查记录、隐患排查治理记录、事故处理记录、应急预案演练及评估记录、安全日活动记录、培训及考核记录、消防器材检查记录等

▶ 技术管理部门运行管理文件应至少包含

• 管理制度：培训管理制度、应急预案管理制度等

• 图纸：隐蔽工程图-电缆敷设平面布置图和电缆明细表、接地装置平面布置图等

• 图表：设备档案-产品合格证、出厂试验报告单、厂家使用说明书、检修记录、缺陷记录、设备卡片等

• 记录：消防巡查记录

1.关键设备

▶ 分液罐

• 分液罐应设液位计、液相温度计、压力表、高低压和高低液位报警

• 凝结液输送泵宜人工启泵，并应设置低液位连锁停泵

• 分液罐的容积应为气液分离所需的容积和火炬气连续排放 20min~30min 所产生的凝结液所需的容积之和

• 卧式分液罐内最高液面之上气体流动的截面积（沿罐的径向）应大于或等于入口管道横截面积的3倍

• 立式分液罐内气相空间的高度应大于或等于分液罐内径，且不小于1m；最高液位距入口管底应大于或等于入口管直径，且不小于0.3m

• 分液罐的设计压力不得低于350kPa，外压不得小于30kPa

▶ 水封

• 水封罐宜靠近火炬或放散塔根部设置

• 同一个排放系统中有两个或两个以上火炬同时操作时，每个火炬均应设置水封罐，不同火炬水封罐的水封高度宜分层设置

• 相互备用的两个火炬宜设置共用的水封罐，但应设置满足两个火炬切换操作时所需要的安全吹扫气体的补充气体设施

• 水封罐应具有撤除水面上积聚的凝结液的功能，并应能够分离直径大于等于600μm的水滴

• 水封罐内的有效水封水量应至少能够在可燃性气体排放管网出现负压时，满足水封罐入口立管3m充满水量

• 卧式水封罐内不宜采用挡液板分割空间的方式撤除水面上积聚的凝结液。若采用此结构，应确保水封罐内的水量减掉由挡液板分割开用于撇液空间的最大容积后的有效水封水量满足水封设计要求

• 水封罐应设置U形溢流管（不得设切断阀门），溢流管的水封高度应大于等于V.75倍水封罐内气相空间的最大操作压力（表压），溢流管直径最小为 DN50。其高点处管道下部内表面应与要求的水封液面处于同一水平高度

① U形溢流管高点上宜设 DN25 破真空接管，其高度宜大于等于300mm。破真空接管上不得设切断阀门

② U形溢流管溢流出口宜密闭接入含油或含硫污水系统，溢流管上应设置视镜

• 水封罐溢流补水量应使用限流孔板限制，流量应不大于U形溢流管自流能力的50%

• 水封罐的设计压力不应小于0.7MPa，不考虑负压工况

• 最冷月平均温度低于5℃时，水封罐应采取防冻措施

• 可燃性气体排放温度大于100℃时，水封罐应设低液位报警及自动补水措施，保持水封水量

• 水封罐应设液位、温度、压力仪表和高液位报警

• 水封罐宜选用卧式罐，其长度与直径的比值宜为2.5~6.0

• 水封罐气体入口应采用有效的气体分布结构，以防止由于密封水波动造成火炬脉冲式燃烧。当水封罐气体入口底部采用齿状端面时，入口管底部至水封罐底的距离宜大于等于0.25倍气体进口的内径

• 水封罐内宜设置防止由于放空气体冲击而产生密封水的剧烈波动的措施

• 水封高度应满足下列要求∶

① 能满足排放系统在正常生产条件下有效阻止火炬回火，并确保排放气体在事故排放时能冲破水封排入火炬

② 对于含有大量氢气、乙炔、环氧乙烷等燃烧速度异常高的可燃性气体，水封高度应计算确定，且不应小于300mm

③ 对于密度小于空气的可燃性气体，水封高度应计算确定，且不应小于200mm

④ 对于密度大于等于空气的可燃性气体，水封高度应大于等于150mm

▶ 火炬头及火炬本体

• 火炬头应满足装置正常操作和开停工时无烟燃烧的要求

• 火炬头上部设计温度不应低于1200℃

• 火炬头顶部应设火焰挡板，其限流面积宜为2%~10%；火炬头上部3m部分（包括内件）应使用ANSI 310SS或等同材料制造，3m以下部分宜使用304或等同材料制造

• 全厂紧急事故最大排放工况火炬头出口的马赫数应小于等于0.5，无烟燃烧时火炬头出口的马赫数宜取0.2；处理酸性气体的火炬头出口马赫数宜小于或等于0.2

• 处理酸性气体的火炬头宜设置防风罩

• 火炬燃烧时火炬头产生的地面噪音应满足下列要求∶

① 正常操作工况（包括开工、停工）时小于等于90dB

② 全厂紧急事故最大排放工况时小于等于115dB

• 除酸性气火炬外宜使用蒸汽控制烟雾生成，对酸性气火炬、寒冷地区的火炬及低温条件下使用的火炬可采用压缩空气控制烟雾生成

• 消烟蒸汽的压力宜控制在0.7~1.0Mpa，消烟压缩空气的压力不宜低于0.7Mpa

▶ 钢塔架的附属设施

• 应分节设置梯子平台。采用直梯时，每节直梯高度宜为5m～10m

• 钢塔架应按相关规范设置航空障碍灯

• 最高层平台应有满足火炬头检修的面积及通道，并宜设置便于吊装火炬头的设施

• 敷设于钢塔架或火炬筒体的工艺热力管道安装应符合下列要求∶

① 蒸汽管道、有保温伴热的管道、引火管及燃料气管道应设计热补偿措施，并设相应的固定支架

② 敷设于钢塔架或火炬筒体上的工艺热力管道不应存在积液点

③ 常温管道至少应设1处固定支架

④ 引火管及燃料气管道在火炬底部应使用三通与水平管道连接，并应在垂直管道的末端设法兰和法兰盖

• 用于燃烧碳氢化合物的火炬头出口至钢塔架顶层的距离不宜小于7m，燃烧酸性气、纯氢气等低热值的火炬头出口至钢塔架顶层的距离不宜小于5m

• 火炬筒体底部应设有积存雨水、凝液、锈渣等空间，并设置手孔、排污孔、凝液排出口及液位计

▶ 点火设施

• 高架火炬应设置高空电点火器和地面传燃式点火器

• 点火器应配备不间断电源

• 高空电点火器的数量应与长明灯的数量相同；每个火炬头应设置1台地面传燃式点火器，其引火管应从点火器至每个长明灯单独设置

• 火炬长明灯的数量应满足下列要求∶

① 火炬头直径小于或等于0.5m时，不宜少于2支长明灯

② 火炬头直径大于0.5m至小于或等于1.0m时，不宜少于3支长明灯

③ 火炬头直径大于1.0m时，不宜少于4支长明灯

④ 单支长明灯的燃料气消耗量不宜大于4Nm3/h

⑤ 长明灯应设温度检测仪表

⑥ 长明灯燃料气供气管道干管上应设压力调节阀，燃料气源的压力应大于或等于0.35MPa，压力调节阀后的压力宜稳定在0.2MPa；每支长明灯的燃料气供给管道应从火炬底部起单独接至长明灯的燃料气入口

▶ 防止回火措施

• 火炬系统必须采取防止回火措施

• 火炬系统防止回火措施宜采用水封罐加注入吹扫气体的方法，不宜使用阻火器加注入吹扫气体的方法

• 吹扫气体宜选用氮气或燃料气，不宜使用蒸汽。吹扫气体注入点应设在水封罐可燃性气体出口管道上

• 氢气、乙炔、环氧乙烷等介质的火炬、酸性气火炬和有毒介质的火炬，吹扫气体宜使用燃料气。对碳氢化合物可燃性气体火炬，吹扫气体宜使用氮气

• 火炬应设置速度密封器或分子密封器，宜优选速度密封器

• 吹扫气体量应保证火炬出口流速大于安全流速。安全流速取值应符合下列规定∶

① 火炬采用速度密封器时，不应小于0.012m/s；b） 火炬采用分子密封器时，不应小于0.003m/s

② 氢气、乙炔、环氧乙烷等介质的火炬，采用速度密封器时不应小于 0.06 m/s，采用分子密封器时，不应小于0.02m/s

• 吹扫气体供给量应使用限流孔板控制流量

• 当采用同一个火炬处理既处理氢气、乙炔又处理烃类可燃性气体时，宜使用氮气吹扫

• 速度密封器应安装在火炬头下半部靠近入口法兰处

2.标志标示

• 设置安全风险公告栏，制作岗位安全风险告知卡，标明主要安全风险、可能引发事故隐患类别、事故后果、管控措施、应急措施及报告方式等内容

• 按照《消防安全标志设置要求》GB 15630的要求设置消防安全标志

3.安全防护要求

▶ 防雷

• 防雷设计应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057的有关规定

▶ 有毒可燃气体探测器

• 应按照现行国家标准《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》GB/T 50493有关要求设置和管理相应的可燃气体和有毒气体探测器  

4.消防安全管理

• 严格按照公安部令第61号《机关、团体、企业、事业单位消防安全管理规定》落实消防安全管理责任

▶ 火炬系统操作严格执行其操作规程

▶ 按照企业巡回检查制度规定频次巡查，出现以下情况应增加巡视次数

• 发现不能立即整改的隐患

• 进行特殊作业

• 重要节日、时段及重大活动等情况下

1.设备设施检验、检定要求

▶ 特种设备的应严格落实特种设备登记、检验、维护的有关规定

2.缺陷处理

▶ 对巡视检查、检验、检定等发现的设备设施隐患，应评估隐患的危害程度，针对隐患制定措施限期进行处理

▶ 特种设备管理及作业人员应具备相应的上岗资格证

▶ 经常性对火炬系统的管理和操作人员进行培训，确保其掌握岗位安全风险和操作规程。确保操作人员能够正确使用劳动保护用品和应急防护器材，具备应急处置能力，特别是初期火灾的扑救能力和中毒窒息的科学施救能力