丽水项目地面焚烧炉的应用
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摘要：丽水36-1气田开发项目在终端处理厂西北角设置了最大放空量为144×104m3/d的地面焚烧炉一具，用于可燃气体的放空燃烧，放空总管进入焚烧炉界区后，经过分液罐、水封罐，然后经过分级控制系统进入地面焚烧炉炉膛，通过若干台地面燃烧器焚烧后排空。本文讨论了地面焚烧炉的组成及技术特点，并介绍了地面焚烧炉在丽水项目中的应用。
关键词：地面焚烧炉；放空；燃烧器
中图分类号：TL941文献标识码： A
1引言
丽水36-1气田终端处理厂位于浙江省温州市洞头县霓屿街道办事处正岙村南，地处浙东南沿海瓯江口外。主要接收来自丽水36-1气田海上平台来气和凝析油，经海底管线混输至终端进行处理。本终端处理厂主要包括：1座综合平台CEP、一条约127km从CEP到温州霓屿岛南陆上终端DN300油气混输海底管线、一座油气处理及CO2回收利用终端(简称终端)、一条约31km终端至温州龙湾交气门站DN300天然气外输管线。
放空系统主要用途是当装置事故时，对生产装置内的天然气分单元、分区域进行放空，放空系统纳入紧急关断系统的控制范围，主要包括进站切断阀前管线内天然气放空、进站切断阀与外输切断阀之间的站内装置天然气放空、站内设备上的安全阀放空等内容。丽水36-1气田开发项目在终端处理厂西北角设置了最大放空量为144×104m3/d的地面焚烧炉一具，用于可燃气体的放空燃烧，放空总管进入焚烧炉界区后，经过分液罐、水封罐，然后经过分级控制系统进入地面焚烧炉炉膛，通过若干台地面燃烧器焚烧后排空。本文讨论了地面焚烧炉的组成及技术特点，并介绍了地面焚烧炉在丽水项目中的应用。
2地面焚烧炉系统组成
在事故状态下，放空气体（天然气）先经分液罐，将气体中直径大于300μm 的液滴分离，经水封罐后进入焚烧炉进行放空燃烧。地面焚烧炉系统的流程如下：
第一级燃烧器
放空气 分液罐 水封罐 分级燃烧系统 燃烧塔 第二级燃烧器
第三级燃烧器
第四级燃烧器
图1 地面焚烧炉系统示意图
地面焚烧炉系统示意图如图1所示，下面详细介绍其详细组成。
2.1 分级燃烧系统
地面火炬采用分级燃烧的方式以提高对火炬排放量变化的适应性，地面火炬排放系统分成若干级燃烧系统，第一级、第二级、第三级、第四级燃烧系统进燃烧塔排放燃烧，燃烧塔规格Φ9000×26000mm。
地面火炬第一级4台燃烧器常开处理正常情况下的小排放气量；当排放量增大至排放压力超过第二级设定值时，第二级8台燃烧器投入使用；当排放量继续增大至排放压力超过第三级设定值时，第三级12 台燃烧器投入使用；当排放量再增大至排放压力超过第四级设定值时，第四级37台燃烧器投入使用。当排放量减小到设定低限值时反向逐级关闭地面火炬各级燃烧系统。
分级控制：根据排放总管上压力自动控制分级
2.2 燃烧器
（1）性能特点：采用大气扩散燃烧方式的扩散燃烧烧嘴，不回火，燃烧稳定，结构简单，运行可靠，能适用低压～高压排放燃气，燃烧器负荷调节范围大。设有火焰稳定器，保证稳定燃烧，不脱火。
（2）进风方式：垂直向上底烧方式，利用燃烧塔的高度和燃烧后的高温烟气产生的抽力从燃烧塔底部和燃烧塔的四周二次风口处自然吸风（在燃烧器上部约1.5m 处的燃烧塔四周开设二次风口窗），自适应吸入完全燃烧所需的足量空气。
（3）结构特点：每台燃烧器采用小孔径、多火孔结构 大股的可燃排放气分成许多小股 均匀分散后的各股可燃气体以一定的角度呈相交射流喷出 有利于燃气/空气混合，增加了与空气接触面积及相互间的扰动 可燃气达到一定的排放压力无需消耗蒸汽即可实现100%的无烟燃烧。
燃气/空气混合、扰动及无烟燃烧的完全程度 取决于燃烧器火孔的结构型式、火孔大小、火孔间距、火孔角度、稳焰技术等结构因素及火孔热强度等工艺因素。
（4）火焰传递特点：小孔径、多火孔多台燃烧器在燃烧塔内同一水平面上呈几何均匀布置 一方面可以充分卷吸空气 另一方面燃烧器的火孔间距及布置方式、布置间距可以保证每台燃烧器及各台燃烧器之间火焰的可靠传播。
第一级设置一台长明灯常燃 确保在任何时候、任何工况下有排放就能够及时引燃可燃排放气 并将火焰传播到打开的每一台燃烧器 保证地面火炬的安全。第二级、第三级、第四级分别设置一台长明灯，保证点火的绝对可靠性。
（5）分级燃烧：燃烧塔内多台燃烧器根据工艺要求分成4 级燃烧系统，以适应不同的排放量。详见分级燃烧系统。
（6）燃烧器材质：直接接触火焰的材质采用310SS（0Cr25Ni20）,其余部分的材质采用304不锈钢。使用寿命大于15 年。
2.3 燃烧塔
（1）性能要求：
火焰完全封闭，看不见火光，无光污染；
很低的热辐射；
低噪声；
热烟气温度≤800℃；
燃烧塔金属外表面温度≤80℃；
地面热辐射强度≤1.58kW/m2
防风消音墙外1 m处噪声度≤75dBA。
（2）结构特点：圆柱性燃烧塔炉膛。依靠燃烧塔高度和燃烧后的高温热烟气产生的抽力抽吸无烟燃烧所需的足量空气。
（3）燃烧塔材质：燃烧塔壳体采用碳钢，Q345 (16Mn)；
内衬耐火隔热材料 轻质耐火浇筑捣打料；
（4）附属设施：燃烧塔内排放管道为不锈钢管；燃烧塔外排放管道为20#钢。
燃烧塔内底部铺设卵石，提高抗热辐射的能力，降低噪声；
燃烧塔上设测温点，检测热烟气温度；
燃烧塔上设取样口；
操作平台及梯子。
（5）安装方式：燃烧塔垂直安装在钢筋混凝土支座上。
（6）交货状态：小规格燃烧塔工厂制造，设备总成交货。
大规格超限运输的燃烧塔现场制作。
现场施工耐火捣打浇筑料。
2.4 防风消音墙
（1）结构特点：圆柱性钢筋混凝土防风消音墙内衬陶瓷纤维毯。
（2）作用：防止侧风影响燃烧；
降低热辐射；
降低噪声；
防止非操作人员进入燃烧塔内。
（3）操作平台上附属设施：紫外线火焰检测器监测每一级长明灯燃烧情况人工观察视镜。
2.5 辅助系统
1. 长明灯
（1）长明灯： 地面火炬第一级长明灯常燃即能保证地面火炬的安全；每一级燃烧系统都设置一台长明灯。
（2）长明灯火焰检测：热电偶温度检测 TE/TT紫外线火焰检测 BE/BT人工视镜观察
（3）长明灯点火：FFG 内传焰手动点火；每一级长明灯旁设自动点火枪，长明灯熄灭后自动点燃。
2. 点火系统
（1）FFG 内传焰点火
（2）直燃式自动点火：高压发生器安装在防风消音墙外壁上，点火电极及高压导电杆布置在防风消音墙内。
3. 安全系统
（1）不回火 扩散式烧嘴，燃烧时不会发生回火；设置水封罐，彻底杜绝回火；水封罐规格Φ2000×8000mm，材质Q345R。设吹扫氮气，不排放时阻止空气倒灌进入火炬系统，防止回火。
（2） 不脱火：长明灯常燃，保安火源防止脱火；燃烧器上设置火焰稳定器防止脱火。
（3）不下火雨：分液罐分离600μm 以上液滴；分液罐规格Φ2400×9000mm，材质Q345R。小孔径、多孔燃烧器有助于液滴的雾化；封闭式燃烧塔。
（4）很低的热辐射
（5）点火的可靠性： FFG＋AUTO-IGNITOR
（6）可燃气浓度检测：AE/AA
（7）防雷接地、防静电接地
3地面焚烧炉技术特点
地面焚烧炉采用封闭式结构，具有下列优点：
（1）火焰完全封闭在燃烧塔内，看不见火光，无光污染；
（2）很低的热辐射；
（3）自然送风，排放系统分四级燃烧，第一级常开，第二级、第三级和第四级燃烧系统设置气动切断阀及爆破片旁路，分级燃烧实现设计范围内的无烟燃烧；
（4）低噪音；
（5）占地面积小，可靠近装置边缘附近设置；
（6）运行安全、稳定、可靠；
地面焚烧炉与高架火炬系统相比，存在多方面优点，两者之间优缺点的比较如表1所示。
表1 高架火炬系统与地面焚烧炉比较
4地面焚烧炉在丽水项目中的应用
4.1 工艺流程
丽水项目地面焚烧炉系统的工艺流程为：天然气终端放空气体通过DN350高压放空管线和DN200低压放空管线汇入放空分液罐，分离出放空气体中携带的液滴，然后经过焚烧炉燃烧掉。分离出的液体，通过放空分液罐输液泵输往闭式排放罐。工艺流程简图如图2所示。
图2 焚烧炉系统工艺原理图
4.2 设备主要参数
地面焚烧炉直径φ=9m，高度H=30m，地面焚烧炉四周设防热辐射消音墙直径φ=15m，高7m，防热辐射消音墙外热辐射强度小于1.5kW/m2（包含太阳热辐射），焚烧炉系统设有水封罐密封，防止“回火”。配有分液罐用于除去含油污水，并设放空分液罐输液泵将含油污水排入污水处理系统。
焚烧炉及放空系统主要设备见下表：
表2 丽水项目焚烧炉及放空系统主要设备情况
4.3 平面布置
地面火炬在结构上实现完全封闭式火焰燃烧，看不见火光，无光污染，没有热辐射，操作时无烟、低噪音。地面火炬作为明火设备可以靠近装置边缘附近设置，且地面火炬具有高度大于3m的钢筋混凝土实体防护墙（防风、消音、隔爆），根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008 防火间距为甲类工艺装置30m（表4.2.12石油化工厂总平面布置的防火间距），在装置内布置与其它设备的防火间距为15~22.5m（表5.2.1设备、建筑物平面布置的防火间距），可以较方便地布置在装置及设备附近。
地面火炬设备及其附属设施布置在30m×20m 的界区内，界区内布置有燃烧塔、燃烧器、防爆内传焰点火盘、防爆直接点火器、水封罐、分液罐以及相应工艺公用管线等。
燃烧塔内设有61台燃烧器，分属于4级燃烧系统。第一级燃烧系统、第二级燃烧系统、第三级燃烧系统、第四级燃烧系统分别设置了1台长明灯。燃烧器的排列结构能使第一、二级、三级、四级燃烧器相互间均能可靠传火。
5总结
地面焚烧炉采用封闭式结构，具有看不见火光、低辐射、低噪音、运行安全稳定等优点。丽水36-1气田开发项目在终端处理厂西北角设置了最大放空量为144×104m3/d的地面焚烧炉一具，用于可燃气体的放空燃烧，放空总管进入焚烧炉界区后，经过分液罐、水封罐，然后经过分级控制系统进入地面焚烧炉炉膛，通过若干台地面燃烧器焚烧后排空。
丽水项目所采用焚烧炉工艺流程为：天然气终端放空气体通过DN350高压放空管线和DN200低压放空管线汇入放空分液罐，分离出放空气体中携带的液滴，然后经过焚烧炉燃烧掉。分离出的液体，通过放空分液罐输液泵输往闭式排放罐。采用地面焚烧炉既满足了本项目工艺要求，也起到了安全、美观、环保的要求。
参考文献
[1]API STANDARD 521 “Guide for Pressure-Relieving and Depressuring Systems”
[2]API-RP520 “Sizing, Selection, and Installation of Pressure-Relieving Devices in Refineries”
[3]API STANDARD 537 “Flare Details for General Refinery and Petrochemical Service”
[4]“石油化工企业可燃气系统和可燃气排放系统设计规范” SH3009-2001
[5]“大气污染物综合排放标准” GB16297-96
[6]“石油天然气工程设计防火规范” GB50183-2004
作者简介：
张翼，男，汉，1978年，2003年毕业于西南石油大学油气田开发专业，硕士，中海石油（中国）有限公司上海分公司，丽水36-1气田开发工程项目组，主要从事工程项目管理。
谷斐，男，汉，1983年，2012年毕业于上海交通大学动力机械及工程专业，博士，中海石油（中国）有限公司上海分公司，丽水36-1气田开发工程项目组，主要从事工程项目管理。