浅谈酸性气火炬线在系统管廊中的设计
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【摘要】介绍了一种酸性气火炬线的设计方法，从管道选材、管道布置和管道伴热保温方面着手，在保证管道本质安全的同时，也解决了酸性气火炬线易堵管的问题。
【关键词】酸性气火炬线 应力腐蚀开裂 步步低 自然补偿
酸性气的主要成分为：H2S、NH3、H2O、CO2，还有极少量的烃类。酸性气火炬线是炼厂里的一根重要的放空线，酸性气火炬线俗称“湿火炬”，在实际的工程设计中，如果管道布置不合理，会直接影响到装置的安全生产。由于H2S和NH3会发生反应生成（NH4）HS，如果管道内有水产生，会回形成饱和溶液，当温度下降，管道内就会出现晶体析出，如果不能及时处理，结晶逐渐长大，以致于把管道堵死。按照规范的要求，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。所以酸性气火炬线应该设置独立的排放系统，不应与烃类的火炬放空系统合并。
基于以上原因，必须从设计上做到本质安全，保证酸性气安全排放至火炬。
2 酸性气火炬线的设计
2.1 管道选材
由于酸性气的主要成分是硫化氢，而湿硫化氢环境容易造成应力腐蚀破裂，应力腐蚀破裂时金属在应力（拉应力）和腐蚀性介质的共同作用下（并有一定的温度条件）所引起的破裂，应力腐蚀现象较为复杂，当应力不存在的时，腐蚀裂纹发展很慢，以至在材料寿命期内不会发生开裂；当有应力并达到一定的水平后，金属会在腐蚀并不严重的情况下发生破裂，由于这样的破裂是脆性的，没有明显预兆，容易造成灾难性事故。工程上防止应力腐蚀开裂的措施有以下几个方面：
（1）降低应力水平，避免或减少局部应力集中，消除加工残余应力和焊接残余应力；
（2）控制敏感环境，例如加入缓蚀剂，升高介质的pH值，采用电化学保护等措施；
（3）正确选用材质。材料标准规定的屈服强度应小于或等于355MPa；材料实测的抗拉强度应小于或等于630 MPa；材料的使用状态应为正火、正火加回火、退火或调质状态；碳当量限制：对碳钢和碳锰钢应小于或等于0.4%，对低合金钢应小于或等于0.45%；硬度限制：无论是对材料本体或焊缝及热影响区，硬度均应小于或等于HB200；焊后应进行消除应力热处理或其他等效的热处理。力求避免易产生应力腐蚀开裂的材料-环境组合。在硫化氢的饱和蒸汽压大于0.018MPa时，应作应力消除热处理，管道材料的腐蚀裕度不应小于3mm，且应避免承插焊。
2.2 管道布置
极度危害及高度危害介质管道的低点不得设置放净，并且可燃气体放空管道内的凝结液应密闭回收，不得随地排放，硫化氢属于高度危害气体介质，由于管道内的（NH4）HS水溶液为饱和溶液，如果管道存在低点的情况下，处于饱和态的溶液在温度下降时在管道内就会出现析出晶体，时间一长就会造成堵管现象，因此酸性气火炬线在布置的时要满足如下要求：
（1）火炬分支管道与火炬主管连接时应采用45°斜接的方式。当装置内的火炬管道通常要高于系统管廊上面的火炬总管的绝对标高，当与主管道斜接的时候，必须采用顺介质流动方向，避免当多个装置同时放空时，产生“顶牛”的现象。
（2）管道不应有“袋形”，应满足“步步低”，低点应坡向火炬分液罐。管道布置在系统管廊的柱顶，坡度不宜小于0.003。火炬分液罐的设置要根据管道的布置来确定，分液罐设置太多，投资会增加，造成不必要的浪费，分液罐设置太少，会导致火炬线被举得太高，土建的基础会加大，同样会带来成本的增加。所以要合适设置分液罐，大概每100米设置一个分液罐，分液罐两侧的管道均坡向罐，管道的坡度通过火炬线的管托支架的高度变化来实现，柱顶标高不宜变化太多，管道坡向的变化要在火炬线的最高点和拐弯处，当改变改到走向的时候，应采用R≥1.5DN（公称直径）的长半径弯头。
（3）管道宜采用自然补偿的方式，在柱顶的π型弯要求水平设置，火炬总管应有防止滑落的管卡或挡块，管道不得有死角。因为酸性气火炬线要进行蒸汽伴热保温和蒸汽吹扫，所以此管道的支架设置时要考虑到管系的热涨，每60米做一个π弯，两端分别选用固定支架，支架的设置见图1：
图2 膨胀环的做法
3 结束语
火炬线是炼厂的安全生命线，是事故状态下炼厂安全的保证，其中，酸性气火炬线尤为特殊，在炼厂实际生产中，极易发生堵管现象，危及装置安全生产，在设计中一定要引起高度重视，进行合理的管道选材是管道安全的前提基础，管道布置和管道伴热是决定装置能否长周期、安全、平稳运行的关键。当然，本文只是提出了一种对酸性气火炬线设计的新思路，做好酸性气火炬线的设计仅仅做到以上这些还是不够的，设计的核心是“以人为本”，只有做到了设计本质安全，才是一个好的设计作品。
参考文献
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