地面火炬燃烧系统MicrosoftWord文档DOC.docx
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地面火炬燃烧系统
目录
一、工程概况....................................................
二、...................................................
2.1
2.3
2.4
2.52.6公用工程消耗指标8
三、应用规范和标准10
3.1地面火炬系统工艺设计参照10
3.2压力容器设计、制造和验收10
3.3环保质量标准10
3.4自控采用的标准和规范10
3.5电气采用的标准和规范11
3.6采用其它标准和规范：
11
3.7接管法兰标准11
3.8检验和试验11
四、设计和操作的环境条件12
4.1各装置放空气成分及设计参数：
12
4.2基础条件12
4.3电气、仪表要求13
4.4仪表信号13
4.5土建要求13
五、火炬系统概述13
5.1放空火炬工艺过程原理13
5.2火炬系统连锁14
5.3火炬自动点火控制原理14
六、火炬系统各部分结构、特点说明15
6.1控制阀16
6.2防辐射隔热罩16
6.3安全防护墙和基础16
6.4燃烧器组16
6.5点火控制器的结构特点17
6.6点火器的结构特点17
6.7放空气体水封罐17
6.8放空气体分液罐17
七、主要设备技术参数18
7.1地面火炬的技术参数18
7.2防辐射隔热罩的技术参数18
7.3燃烧器组的技术参数18
7.4点火控制系统的技术参数18
7.5长明灯的技术参数18
7.6高能点火器的技术参数19
7.7分液罐、水封罐的技术参数19
八、地面火炬的安全保证措施19
8.1第一级安全保证措施：
19
8.2第二级安全保证措施：
20
8.3第三级安全保证措施：
20
一、概况
本地面火炬系统按照最大排放量20000m3/h设计，并允许短时间超负荷115%运行。
本火炬采用全封闭的地面燃烧火炬技术，燃烧共分为2级，分别由燃烧器组进行无烟燃烧，燃烧烟气排放达到环保标准。
烟气通过直径2.6米，高13.2米的火炬塔（火炬筒体）产生抽力进行高空排放，并吸入足够的新鲜空气，保证正常燃烧。
火炬塔外设计直径4.5米，高3.6米的安全防风墙，墙内配套可燃气体报警器。
燃烧器和点火系统以及公用工程的阀组，电气，仪表，容器等均布置在安全墙外。
整个火炬系统占地面积为20*15米。
烟气排放满足环保标准的要求。
本地面火炬系统的特点为：
运行安全、稳定、可靠，维护简单，能耗低。
地面火炬每年连续操作8000小时。
地面火炬及其辅助设备的设计和制造最低使用寿命为20年。
地面火炬放置在室外危险区域。
（IECZone2,IIC,T3）。
地面火炬系统的噪音小于65dBA。
热辐射强度小于1.5kW/m2。
满足国家现行的有关标准，排放满足环保要求。
本地面火炬系统的设计具备完整的控制系统，地面火炬的控制由PLC执行，PLC布置在控制室内的远程控制柜内。
关键状态参数通过通讯方式进入DCS系统。
地面火炬工艺流程合理，技术先进可靠，能够完全保证装置的正常及事故排放。
完全满足安全、环保及健康（HSE）的要求。
燃烧后烟气中的污染物的排放量达到国家标准要求。
地面火炬无光污染、实现无烟燃烧、不回火、不脱火。
在满足HSE要求的前提下，节省占地，减少投资。
放空总管分级后进入地面火炬。
地面火炬内设置长明灯，长明灯保持常燃。
地面火炬燃烧器火焰传播要迅速、可靠，不能发生炉膛爆鸣或闪爆的现象。
在火炬系统内必须设有可燃气体报警仪；
具有手动点火与自动点火功能。
火焰监测。
火炬常明灯及燃烧器的燃烧状况必需监测。
与DCS的联系。
火炬运行信号送DCS。
一.1公用工程消耗指标
序号
名称
参数
消耗量
说明
1
新鲜水
0.2～0.4MPa
32Nm3/h
水封罐补水时
2
压缩空气
0.5～0.8MPa
2.4Nm3/h
气动阀动作时
3
燃料气
0.2～0.8MPa
3.2Nm3/h
2路点火器同时使用
5
氮气
0.2～0.6MPa
3.5Nm3/h
2路氮气密封同开
6
电
AC380V/50Hz
3KW
二、应用规范和标准
地面火炬设施设计、制造、检验、安装、试运所采用的主要标准和工程规定，但不限于以下:
2.1地面火炬系统工艺设计参照
API-RP521“GuideforPressure-RelievingandDepressuringSystems”
API-RP520“Sizing,Selection,andInstallationofPressure-RelievingDevicesinRefineries”
APIStandard537“FlareDetailsforGeneralRefineryandPetrochemicalService”
《石油化工企业燃料气系统和可燃气体排放系统设计规范》SH3009-2001
《火炬系统设置》T/E5220028-2005
2.2压力容器设计、制造和验收
《压力容器安全技术监察规程》（质技监局锅字）
《钢制压力容器》GB150-2011
《钢制压力容器制造技术要求》HG20584-1998
《钢制压力容器焊接规程》JB/T4709-2000
《钢制压力容器焊接工艺评定》JB4708-2000
《钢制焊接常压容器》JB/T4735-1997
《钢制塔式容器》JB4710-2005
2.3环保质量标准
《环境空气质量标准》GB3095－2012
《大气污染物综合排放标准》GB16297－1996
《石油化工企业环境保护设计规范》SH3024-1995
《石油化工企业职业安全卫生设计规范》SH3047-1993
2.4自控采用的标准和规范
《过程检测和检测流程图用图形符号和文字代号》GB2625-81
《分散控制/集中显示仪表、逻辑控制及计算机系统用流程图符号》ISA-S5.3-1983（SHB-204-95）
《石油化工企业可燃气体检测报警设计规范》SH3063-1999
《爆炸及火灾环境电力装置设计规范》GB50058-92
《石油化工自动化仪表选型设计规范》SH3005-1999
《石油化工企业信号报警、连锁系统设计规范》SHJ18－90
《石油化工企业安全仪表系统设计规范》SH/T3018-2003
《外壳防护等级IP代码》GB4098-1993
《过程用二进制逻辑图》ISA-S5.2-1976（SHB-203-95）
《石油化工仪表管道线路设计规范》SH/T3019-2003
《石油化工仪表接地设计规范》SH/T3081-2003
《石油化工仪表仪表供电设计规范》SH/T3082-2003
2.5电气采用的标准和规范
《低压配电设计规范》GB50054-93
《爆炸及火灾环境电力装置设计规范》GB50058-92
《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008
《建筑设计防火规范》GBJ16-2006
《通用用电设备配电设计规范》GB50055-93
《石油化工静电接地设计规程》SH3097-2000
《工业企业照明设计标准及装置设计规范》GB50034-92
《建筑物防雷设计规范》（2000年版）GB500057-94
2.6采用其它标准和规范：
《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008
《石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》SH3501-2011
《工业设备及管道绝热工程施工规范》GB50126-2008
《建筑结构荷载规范》GBJ9-87
《建筑抗震设计规范》GBJ11-89
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002
《钢结构设计规范》GB50017-2003
2.7接管法兰标准
《钢制管法兰、垫片、紧固件》HG20592～20614-2009
2.8检验和试验
设备制造按《钢制压力容器》GB150-2011、《钢制压力容器制造技术要求》HG20584-1998、《钢制焊接常压容器》JB/T4735-1997。
自控仪表系统、电气系统按相关国家标准规范进行检验、试验。
三、设计和操作的环境条件
3.1装置放空气成分及设计参数：
事故最大排放量
1、项目设计的事故最大排放量为18500Nm3/h
2、事故最大排放量下的各种物料的体积组成：
H2:
53.02%
CH4：
8.5%；
C2H6：
14.9%；
C3H8：
13.2%；
iC4H10：
3.63%；
nC4H10：
2.79%；
iC5H12：
2.24%；
nC5H12：
2.31%；
H2S:
22ml/m3
S:
6.2mg/kg
本火炬设计按照最大量20000m3/h进行设计。
3.2电气、仪表要求
卖方完成火炬系统内自动点火控制系统的设计、设备采购和安装调试。
所有仪表刻度的单位均用SI单位，所有电动仪表以采用本安或隔爆仪表，防爆等级不低于ExdⅡCT4。
电气仪表的防护等级不低于IP65，简单的一次仪表（如双金属温度计、压力表）防护等级不低于IP55。
所有的仪表管路、管件、均为不锈钢，整个系统的仪表管道、控制风管道应为镀锌管。
现场的所有电气及仪表设备要求为防爆型，防爆等级为EXdⅡCT4。
3.3仪表信号
远传信号为4～20mADC或开关量（24VDC）；
热电阻为Pt100三线制；
报警、联锁系统接点：
正常时闭合带电，故障失电。
四、火炬系统概述
本地面放空火炬系统可保证工艺生产设备正常和事故排放时能够及时、安全、可靠地放空燃烧，并保证在运行过程中实现低成本、低噪音、无光污染、无烟尘燃烧、保证热辐射和废气排放满足相关标准的要求。
本地面放空火炬系统主要由控制阀、燃烧器组、防辐射隔热罩、防护墙、地面火炬自动点火系统组成。
本地面火炬系统可将放空气燃烧火焰完全控制在防辐射隔热罩内，外界看不到火焰。
能最大限度的减少热辐射、噪音对工作人员和周围设备的影响，火炬防护墙外的最大噪音满足《工业企业噪音控制设计规范》（GBJ87-85）的要求，火炬燃烧的产物满足《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996的要求。
4.1放空火炬工艺过程原理
工艺流程见《火炬系统工艺及仪表流程图》。
5.1.1尾气排放工艺流程
放空尾气通过管道进入火炬区后分为二路分别排向一、二级燃烧器组，整套装置在自动点火系统的集中监控下自动运行，本装置不设值守岗位，正常的操作和监视并入有人值守的操作室。
燃烧器组和点火器由压力变送器作为触发条件进行控制，当压力高于的点火设定值时，点火器启动点燃长明灯并正常燃烧；当压力继续上升时自动打开第一级燃烧器组进行燃烧；当压力高于第二级燃烧器设定值、并且长明灯正常燃烧时，自动打开第二级燃烧器阀门尾气由第一、二级燃烧器组同时进行燃烧，可以安全的处理事故最大排放量。
当压力低于第二级燃烧器下限时，关闭第二级燃烧器；当压力低于点火器的点火设定值时第一级燃烧器组熄灭；当压力低于长明灯下限时，关闭长明灯。
两级燃烧器组根据火炬排放流量自动燃烧，实现火炬气稳定燃烧放空，防止火炬的频繁启、停。
万一开关型气动蝶阀失灵，操作工未能赶到现场手动操作时，如果管道压力达到危险值，爆破片破裂，火炬气通过旁路进入燃烧器组安全燃烧。
5.1.2氮气的控制流程
氮气自总管进入火炬区后分为3个支线：
一路去燃料气总管，由手动阀门控制，用于燃料气管道需要维修或开停工时置换吹扫。
另外2路由2个电磁阀组分别自动连锁控制通入火炬的第一、二级燃烧器组，由限流孔板给定流量在火炬开车前或停车后进行吹扫30s，用于防止燃烧器组回火。
5.1.3长明灯燃料气的流程
长明灯燃料气由总管进入火炬区后，经篮式过滤器过滤后通过防止回火的阻火器分为2路。
其中的2路分别由一台电磁阀控制进入2组长明灯进行燃烧。
5.1.4净化压缩空气的流程
净化压缩空气由总管进入火炬区后由手动阀门控制分为两路分别进入燃烧器组系统，用来控制两个气动阀门。
4.2火炬系统连锁
点火器的连锁
点火器与长明灯的火焰（由长明灯热电偶检测）、长明灯的状态信号连锁。
当长明灯为点燃状态时若无火焰则启动点火器点火并计时，若点火超时则发出报警。
长明灯的连锁
长明灯与放空燃气的压力（由安装在放空气管道上游的压力变送器检测）、可燃气体报警器连锁。
当压力达到或高于高报警值时长明灯燃气电磁阀打开，长明灯由点火器点燃，压力低于低报警值时关闭。
当可燃气体报警器检测到远低于爆炸极限的燃气时长明灯点燃，否则关闭。
长明灯打开优先。
燃烧器组气动阀的连锁
各组燃烧器组气动阀均与放空燃气的压力、长明灯火焰连锁。
长明灯火焰不正常时不允许打开。
当压力达到或高于高报警值，并且长明灯火焰正常时打开，低于低报警值或长明灯火焰不正常时关闭。
4.3火炬自动点火控制原理
控制流程见《火炬系统工艺及仪表流程图》参见图纸。
火炬自动点火控制系统由一套PLC和现场仪表组成，具有自动、常燃、手动三种功能。
按火炬系统连锁逻辑关系进行自动控制和报警；根据本套火炬系统的设计参数，采用两套长明灯保持常燃模式。
5.3.1自动点火运行模式
火炬系统通过放空燃气管道的压力变送器自动连锁运行。
压力共设有四个报警值：
低低、低、高、高高。
为保证系统运行稳定，每个连锁的启动均比关闭高出一级设定值。
第一级燃烧器组放空燃气的压力、长明灯火焰连锁。
当压力达到或高于低报警值，并且长明灯火焰正常时打开，低于低低报警值时关闭。
第二级燃烧器组电动阀与放空燃气的压力、长明灯火焰连锁。
长明灯火焰不正常时不允许打开。
当压力达到或高于高报警值，并且长明灯火焰正常时打开，低于低报警值或长明灯火焰不正常时关闭。
当有火炬燃气排放时，压力上升，火炬第一级燃烧器燃烧，当达到高报警时同时打开长明灯并由高能点火器点燃长明灯，长明灯正常燃烧，点火器关闭。
若点火超时长明灯未点燃，则发出长明灯故障信号报警；火炬第二级燃烧器气动阀打开，第二级燃烧器燃烧。
当火炬燃气排放量继续下降，则压力也下降，当小于高报警时火炬第二级燃烧器关闭，若继续下降低于低报警时火炬第一级燃烧器熄灭，若继续下降低报警时，长明灯燃料气电磁阀关闭，长明灯熄灭，自动点火控制系统返回待机状态。
在长期无火炬气排放的情况下，点火系统定期对第一级点火器试点火。
若自动点火控制器发现点火设备异常，则输出故障报警信号。
5.3.2长明灯模式
若火炬放空燃气需要连续排放或频繁排放，则点火系统可切换于长明灯模式运行。
在长明灯模式下，控制器连续监测长明灯温度，若长明灯熄灭则自动将其点燃，保持长明灯长明。
若在设定的时间内不能成功的点燃长明灯，则发出故障报警信号，提醒值班人员及时修复，保证火炬系统的安全。
燃烧器阀门的自动控制过程同自动点火运行模式。
5.3.3手动点火模式
手动点火模式下，可由手动按扭通过控制器进行点火，手动模式下只对火炬进行检测、显示，不进行连锁控制。
5.3.4强制点火
气动阀门具备手动操作装置，点火电磁阀配有旁路，点火器配有强制按钮。
不管任何时候均可用强制点火按扭对火炬进行点火操作。
强制点火由控制按扭直接控制点火设备，即使在PLC故障的情况下仍然有效。
五、火炬系统各部分结构、特点说明
地面火炬系统主要由防辐射隔热罩、安全防护墙和基础、燃烧器组、点火控制系统组成。
各主要部件的结构、功能特点如下：
5.1控制阀
放空燃气采用气动蝶阀控制，具有动作快、可靠性好、不易内漏和费用低的特点。
气动阀前设计有手动蝶阀，维修简便。
点火吹扫燃气采用防爆电磁阀控制，动作迅速，可靠性高，满足防爆要求。
5.2防辐射隔热罩
防辐射隔热罩用Q235A钢板焊接成的圆筒体，内表面衬有耐温大于1500℃的轻质陶瓷纤维材料，使筒体外表面最高温度小于200℃。
外表面采用耐温大于300℃的有机硅耐热底漆涂两遍、耐温大于300℃的有机硅耐热面漆涂两遍，使设备表面的耐候性大于15年。
防辐射隔热罩的主要作用：
封闭火焰，使外部看不到火；
阻隔辐射热、热传导和阻隔燃烧噪音；
具有烟囱的作用，可使底部产生足够负压，迫使大量过剩的空气进入燃烧区，提高燃尽率，降低燃烧温度；
把燃烧产物排向13米以上的高空扩散掉，避免燃烧废气对地面空气质量的影响。
5.3安全防护墙和基础
本地面火炬的基础包含：
燃烧器组的安装基础、防辐射隔热罩的安装基础、安全防护墙的安装基础、压力容器和管道支架的基础。
本火炬的基础由卖方按照火炬各设备的参数提出基础设计数据，由买方根据现场的地质条件、气象条件和要求的地震设防烈度结合设备的安装要求进行设计。
其中安全防护墙的主要作用为：
阻止人员靠近火炬高温区，避免发生危险；隔热隔音，使地面一定高度范围内的热辐射和噪音满足相关标准、规范的要求；在火炬发生爆燃或爆炸的极端事件时，能够承受爆炸冲击而不损坏，并迫使爆炸冲击波向上泻放而不对地面的人员和设备造成危害。
5.4燃烧器组
本火炬系统需要处理的燃气热值很高、组分也很重，燃烧时极易产生黑烟，必须采取相应的合理措施进行处理，才能保证完全的无烟燃烧。
本火炬系统的燃烧器采取的措施如下：
本地面火炬燃烧器有多个特殊结构的燃烧器有序排列组成，共分为2级，第一级处理最大排放量的15%，主要担任小排放量；第二级处理最大排放量，主要担任正常装置正常排放量和事故排放量，这样能保证2级燃烧器均工作在最佳符合范围内，实现无烟燃烧达到环保要求，并且减少自动阀门的频繁开关，延长使用寿命，提高系统稳定性。
燃烧器首先混合足够的一次空气，再由火嘴喷出充分和二次空气混合充分燃烧。
大量的过剩空气沿隔热罩筒壁进入，大幅降低烟气温度和筒壁温度。
燃烧器组高于700℃的高温部位采用0Cr25Ni20（310S）耐高温材料，其余采用0Cr18Ni9（304）耐热不锈钢材料。
燃烧器的寿命大于15年。
5.5点火控制器的结构特点
防爆型结构，可安装于现场，减少电缆费用。
采用西门子PLC构成，性能稳定，可靠。
具有自动、长燃、手动和硬手动功能，适应各种工况。
具有远传的功能，可在操作室内进行远程监视和操作。
5.6点火器的结构特点
本点火器采用航空点火技术，由安装在长明灯内部的高能半导体放电嘴产生火球，点燃长明灯。
本点火器具有如下性能特点：
安装维护简便，性能可靠。
防爆型产品，满足现场防爆要求。
采用航空点火技术，半导体高能点火，点火电压低，耗电量小。
半导体放电嘴具有很强的自洁能力，不怕积碳、潮湿和污染，甚至在水中也能正常放电。
放电嘴、导电杆均安装在长明灯的内部，长明灯的工作气流对其有冷却作用，寿命长，可靠性高。
5.7放空气体水封罐
火炬系统中设置水封罐，是防止火炬系统回火的关键设备，能有效的阻断回火，使上游管道保持正压。
采用卧式结构，按照压力容器标准进行设计施工，水封高度为300～600mm水柱，系统阻力小。
水封罐设置气动阀自动补水、排水装置保持液位稳定。
设有液位计、压力表巡检方便
水封罐凝液送至污水总管。
水封罐内外表面涂环氧类防腐涂料防止生锈腐蚀。
5.8放空气体分液罐
火炬系统中设置分液罐，能够分离出大于300μm直径的液滴，是防止下火雨的关键设备。
采用卧式结构（I类压力容器），按照压力容器标准进行设计施工，保证分离液滴直径≥300μm。
出口处设置破沫网，减少雾沫夹带。
分液罐凝液送至污水总管。
分液罐内表面涂环氧类防腐涂料防止生锈腐蚀。
六、主要设备技术参数
6.1地面火炬的技术参数
总高：
13200mm
安全防护墙外的最大噪音：
≤65db
安全防护墙外的最大热辐射强度：
≤1.5KW/m2
安全防护墙外径：
4500mm
安全防护墙高度：
3600mm
供电：
AC220V/4.5Kw
6.2防辐射隔热罩的技术参数
外径：
2600mm
内径：
2300mm
高度：
13200mm
表面温度：
≤200℃
材质：
Q235+陶瓷纤维
耐温：
1500℃
6.3燃烧器组的技术参数
接口尺寸：
DN100，DN300
燃烧温度：
1058.75℃
材质：
310SS+304
6.4点火控制系统的技术参数
电源：
AV220V4.5Kw
防爆类别：
ExdIICT4
防护等级：
IP65
环境温度：
0～45℃
模拟量输入：
4～20mA3路
模拟量输出：
4～20mA2路
开关量输入：
干接点
开关量输出：
干接点
6.5长明灯的技术参数
安装直径：
∮32mm
防护等级：
IP54
工作温度：
﹤1050℃
环境温度：
-20～65℃
燃气压力：
0.2～0.3MPａ（a）
燃气流量：
1.5Nm3/h
6.6高能点火器的技术参数
电源：
AC220V0.5kW
点火电压：
DC2500V
放电能量：
12J
防爆类别：
ExdIICT4
防护等级：
IP54
环境温度：
-10～45℃
寿命：
≮20万次
6.7分液罐、水封罐的技术参数
规格：
1600*4200*8
重量：
约2124.8Kg
设计压力：
0.5Mpa
操作压力：
0.35Mpa
设计温度：
105℃
材质：
Q345R
水封罐的技术参数
规格：
1600*4200*8
重量：
约2356Kg
设计压力：
1.0Mpa
操作压力：
0.35Mpa
设计温度：
105℃
材质：
Q345R
七、地面火炬的安全保证措施
7.1第一级安全保证措施：
燃烧器的放空阀均和长明灯连锁，且防辐射隔热罩内部设置可燃气体报警器，避免尾气在燃烧塔内聚集.
本火炬系统配套了二套点火器，每一级燃烧器都配一套点火器，当一套点火器失效时另一套仍能有效的点燃火炬，并且点火系统具有定时检测功能，当发现有点火器失效时，报警提示，以便及时修复，避免产生安全隐患。
当燃烧器的放空气动阀失灵时报警，值班人员可手动打开放空阀，若不能及时打开，放空燃气压力达设定压力时，燃气进入燃烧器燃烧。
火炬配备了全自动点火系统，保证系统正常运行时，及时可靠的自动点火，不发生危险。
点火器的点火燃气采用电磁阀控制，使每台点火器互不影响。
各电磁阀均配有旁通截止阀，以便特殊情况下手动应急操作。
7.2第二级安全保证措施：
自动点火系统具有故障自检功能，当检测出点火系统局部故障时立即报警。
火炬系统各配置了两套可燃气体报警器，当点火失败或放空阀泄漏，使点火系统未正常点燃火炬时，可燃气体到达火炬内部，可燃气体报警器检测到有可燃气体时（浓度远在爆炸极限以下）立即启动点火器点燃长明灯，并报警，使排出的可燃气体及时燃烧，避免发生爆炸危险。
7.3第三级安全保证措施：
在极端条件下，万一火炬燃烧室和安全防护墙内部发生爆炸，安全防护墙和防辐射隔热罩将承受最大爆炸压力，而不损坏。
爆炸冲击波在安全防护墙和防辐射隔热罩的导向作用下向上空泄放，保证地面人员、设备和火炬的安全。
电磁阀、调节阀具有故障自检功
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