廠里冒火焰的那個“煙囪”，門道竟然這么多！

twq19810302

, |( \0 [3 O2 |& t# p) U4 K
在化工廠里，總是可以看到一種冒著火焰的“煙囪”，它日夜不停地燃燒著。有人會說，這要燒掉多少燃料，多浪費啊。是啊！那么，為什么還要這么做呢？

' H# h! j6 |9 b9 @

其實，這并非是煙囪，它的名字叫做安全火炬。
2 i. b' }# b7 x* \% o, E
! D; z' U0 j/ N安全火炬有什么用？

6 R) h4 e2 b. S3 Y  @' D4 W6 O& U9 ?化工廠在生產過程中，會產生很多易燃易爆的氣體，其中很多對人體有害。它們多數比空氣重，如果放入大氣，經蔓延，會沉積在地面上，并達到很高的濃度，這會造成嚴重的環境污染，危害人體健康，如若碰到火種，將造成火災，甚至爆炸。

為了防止這些危險發生，人們把它們集中起來燒掉，以防后患。火炬將這些易燃、易爆、有毒、有腐蝕性的氣體通過燃燒變成無害的二氧化碳、水或無毒、毒性較小的其它物質。
1 N8 n3 z" j( W* |, S, h8 Y5 F- k

將這些燃料直接這樣燒掉，的確有些浪費，所以工廠正在千方百計地把火炬氣體回收，作為有用的燃料。

但是，即使回收得比較徹底，火炬還是不能廢除的，因為在發生意外事故時，仍然必須通過它，將大量的可燃氣體燒掉，以確保安全。
1 a! Z5 ^" G5 ]% c( U0 N! l

% \. c1 E3 {: _: L1 v( f所以，火炬裝置可以說是化工廠的最后一道安全屏障。
. T7 H$ t. l) S5 i! M) r3 Q
- B" O3 p2 A: d為何有的火炬的形狀不同？
8 |3 K% D. G6 J/ }; L/ T$ d( y4 H, J2 @
兩種類型的火炬分別為高架火炬和地面火炬。兩種火炬各有千秋。

" z8 ?. n2 m/ w5 l, p. M" i- R1地面火炬
% i5 b# f* R* r8 C! e

其燃燒就在地面附近發生。它的型式可能是未封閉的傳統火炬燒嘴，也可能是帶耐火襯里的鋼制封閉結構，含有多個燒嘴。
! X& ?/ X7 e9 \" o1 t

, J% s; q0 r7 \$ _& X6 m優點：運行成本低且維修方便。缺點：地面火炬的處理能力小，且不能燃燒有毒氣體。建設成本較高。

; i& c' v" c# \/ O" Y2高架火炬
$ F. f: z/ R" |( u/ Z& x

它的火焰遠離地面，在火炬塔頂端燃燒。火炬塔頂端設有火炬頭，火炬頭部配有長明燈，長明燈經點火器點燃后將一直燃燒，廢氣到火炬頭部時，會立即被點燃。

; e. K. p6 ^4 @2 g4 N優點：高架火炬處理廢氣的能力大，建設成本低。缺點：由于火炬氣體出口的速度較快，燃燒時所產生的噪音是無法避免的。同時火炬頭處所產生巨大火焰造成的熱輻射，對高架火炬附近的工作人員及設備有很大的影響。

& |: j2 N2 q+ E( B高架火炬根據其支撐方式，還可以分為塔架支撐火炬、拉索火炬、自支撐火炬。
/ a3 l( ~" ]% I
4 o. X. X5 t5 b, Z( N. E- H, n1 q

火炬用于處理哪些氣體？

不同廠對于火炬要求和使用情況也不相同。比如煉油廠火炬一般在硫磺車間，處理硫化氫氣體。火炬處理的氣體有：
8 m) `  |) B8 @7 `" e
1、煉廠吹掃氣和廢氣2、油井中與原油一起排出的不可回收氣體3、鼓風爐排放的氣體4、焦爐產生的不能利用的氣體5、化工過程產生的廢氣

來自煉廠、原油生產、化學工業以及焦爐（所占比重較小）的火炬氣，主要由低分子量、高熱值的烴組成。來自鼓風爐的火炬氣，主要由低熱值的惰性組分和CO組成。

火炬也用于燃燒處理下水道、煤氣化、火箭發動機試驗、配有鈉/水換熱器的核電廠、重水工廠以及氨肥廠所產生的廢氣。

2 q3 ]1 x, U+ z" ~7 R典型的火炬系統包括哪些？
1 b; v! w, v% L( D1 @8 K" Z: H
1、 集氣總管和從各工藝單元收集氣體的管道2、 用于脫除和儲存可凝縮和夾帶液體的緩沖罐（脫夾帶罐）3、 專用的密封罐、水封罐或用于防止排放氣倒流的設施4、 單個或多個燃燒器和火炬筒5、 如果需要，還要配置氣體引燃器和點火器，以引燃廢氣和空氣的混合物6、對于無煙火炬，還要提供外部輸送力（蒸汽吹掃或強制通風），天然氣、燃料氣、惰性氣或氮氣都可用做吹掃氣

火炬的結構組成？
! k7 ]4 u- Y& I# m! B0 l& h9 z

下面為高架不可拆卸火炬的結構組成。
* s$ A6 V  p- k) J5 G
1火炬頭

6 }9 ?0 n0 v+ _9 r

火炬頭的作用是將廢氣盡可能燃燒干凈。

9 e- ], T1 h& Q3 V常見的有直筒式，用于天然氣火炬、焦爐煤氣火炬等；也有倒錐形的，用于水煤漿為原料制甲醇、合成氨的火炬。

5 ~6 y7 W4 [8 S5 A! [2 h* d
, z& H* e' i4 [# q

還有帶消煙功能的火炬，其內部和外部都具有消煙蒸汽管，在石油化工、煉油企業很常見。
$ @9 ]3 ?4 f: y3 {, i9 ?+ Q
! c9 L! d: M& Y+ \" r

- C: g4 y: u" b2點火器
7 c9 {3 m# e" n3 j" e
  w% j1 t5 K/ N; @; w

! p; g" \: W) h. i. |" g2 {0 C, m
* T7 k  c/ H2 l9 s$ D

火炬點火器是一種自動點火工具，具有點火可靠、壽命長等優點、發火端耐高溫、抗結焦、具有自凈能力等優點。
6 ?& }" c; S% Q* y# u; T- n5 D& Z
$ A1 d% ?+ [: x點火器原理

. A; z9 x% Y2 h% g當火炬壓變檢測到壓力達到一定值，點火控制系統開始送電（220V），經高壓發生器升至10000V，傳送給點火器，電磁閥得電后打開，氣體到達點火嘴，點火器得電后產生電弧進行點火，點燃氣體。

& s7 v2 g) Y$ d1 ~+ v$ y- k$ _點火器使用注意事項
( G8 _6 I3 F6 h$ o
% I0 }2 ~, w- X' |1 N( z9 U1、點火時，應先開點火裝置，然后噴油(氣)點火;一般點火時間不能超過30秒。

2、點燃火炬時流程確認一定要到位，在點燃開工火炬時，確認除開工點火器和長明燈的燃氣閥門打開外，其余閥門全部關閉。禁止在點燃火炬時將不相關的燃氣閥門打開。

  T2 I. ~3 m; U6 y, w* X+ O$ e5 h; f3分子封
: A9 Y" X7 t* \8 H! a

& f; K. e: d; G1 T4 x. r在有火炬氣排放時，可以利用另外一股氣體的力量，阻止廢氣和空氣的混合氣體返回火炬內部，這樣可避免爆炸事故。

7 R! _5 p  M. z分子封的結構至少有三種。最常見的是迷宮式分子封。（采用比空氣輕的氣體 如氮氣 時用）
2 C7 m2 w, s9 r* F' [/ D1 J
9 y5 |* m) F7 k% f7 s; @  |3 c

6 }2 F0 }' S, R

另外一種迷宮式分子封的結構，采用比空氣重的氣體如二氧化碳時用，就是將上圖倒過來用。

, c' M; Y+ B7 {6 V

5 v$ M& R# g( ~/ w: f

]圖為迷宮式分子封

迷宮式分子封的常見問題
: Y4 {  Q6 S. w6 ]4 ~9 i
（1）結冰堵塞
0 Y% j/ k3 I' G! N$ r8 k
' B. m4 p0 W& J在高寒地區，分子封如果沒有保溫、伴熱措施，火炬氣中的水分會凝結下來，從  而結冰堵塞分子封。這個后果是非常嚴重的。

防止辦法：隨氣溫的變化分別采取保溫措施或伴熱保溫措施即可。 分子封做成斜底，最低處開一個排污口，也是一個比較好的辦法。

（2）鐘罩脫落
- E' T: I; L+ C3 p* }& ]
事故的后果很嚴重。防止辦法：按規范設計、按設計制造，不要偷工減料即可。當然，分子封的材料也很重要。如果火炬氣是有腐蝕性的氣體，分子封就要用相應的不銹鋼材料（例如：304、316L）。

有些火炬廠家非常聰明，在分子封鐘罩的下面，焊了幾個支座，在分子封的上部，焊了幾塊擋板，就是分子封出了問題，讓鐘罩也掉不下來、上不去，避免更大事故的發生。

（3）雜物堵塞
% D- n7 u3 b( S8 g, a$ `
有些火炬頭口徑很大，內存耐火材料。時間長了，耐火材料脫落，會堵塞分子封。 火炬氣中的灰塵、火炬氣燃燒后產生的灰塵，也會堵塞分子封。

防止辦法：分子封設一到二個檢修手孔。堵塞嚴重，只有拆下檢修。
$ Z. r% K8 X3 v) J) J: o3 Z
. t9 l, w, j; Y- N8 }8 ~; H7 Y# w4火炬筒體
. Z: z$ D# C1 l  r0 z

0 s7 [: I5 v1 G

是一個鋼制的直筒子。兩端是法蘭，通常下面是與立式水封罐相連，  上面是與分子封相連。其作用是將火炬頭、分子封的重量傳遞出去。

最常用的火炬筒體材料是碳鋼。也有碳鋼加厚、不銹鋼的。對于醋酸火炬，還要使用優質不銹鋼 316L。

) Q7 C8 d  L' u% z; ?5水封罐

. }2 N3 b1 V" N  f5 H9 {9 h, [

其作用是防止火炬系統發生回火、爆炸事故。其材料一般為碳鋼，也有不銹鋼的。
7 i0 D) |) ?/ R& Z8 D0 R. X1 W
  ^3 M7 P- w3 g% F6分液罐
$ _$ r' u- s5 p* a2 s3 \: _" }
+ r5 [1 r, ~- U* Z* M6 X' p應能分離出排放氣體中直徑 300μm-600μm 的液滴。以防止下火雨。
8 Q) k, K+ B& ^) F0 \9 w
: k5 a: m3 J, {7 R4 _! w2 _如何消煙？

4 X' o/ b0 h6 p9 x4 [

如要這些氣體完全燃燒，需要足夠的助燃空氣和恰當比例混合的廢氣和空氣，燃燒可能會產生煙，這取決于廢氣的氣體組成、流量以及助燃空氣的分布。
8 N& H4 O# z* [4 j1 k
通常，含有甲烷、氫氣、CO和氨的廢氣，燃燒時不會產生煙；而含有重烴，如：高于甲烷的直鏈烷烴、烴和芳烴，燃燒時會產生煙。
2 g5 B, ^; V4 d
高架火炬通常使用外部輔助來消煙：

9 S, N; Q, F: a; }9 r% U0 L# \如：使用蒸汽吹掃或鼓風，通過使氣體/廢氣的更有效混合和擾動達到消煙的目的。還可以用噴水、高速渦流或注入天然氣的方法來消煙。地面火炬很少使用輔助措施進行消煙。

為何工廠配有兩組火炬？
" x. W7 o0 s$ B
( C: G+ v) ]$ A* Z! C; _  ^7 C$ k/ g許多火炬系統都配備兩組火炬，平行布置或串聯布置，對于平行布置的火炬，一個火炬停工維修時，可使用另一個火炬。

對于串聯布置的火炬，通常，一個是高度較低的地面火炬，用于處理正常情況下較少流量的氣體，另一個是高架火炬，用于處理緊急故障工況下的大流量氣體。

火炬的負面影響

% s5 R% Z, I4 w7 x$ n
4 a) ^% V& f6 o

火炬運行的噪音和熱量是我們最不想要的負面影響。火炬通常位于遠離居民區的地方或充分隔離，以使其負面影響降到最低。

火炬的排放物包括：含碳顆粒（煙灰）、未燃燒的烴、CO及其它部分燃燒和發生了轉化的烴，以及NOX。如果火炬氣中有含硫物質，如硫化氫或硫醇，則排放物中還會含有二氧化硫(SO2)。

5 ^( m! U# t; b3 B1 b/ R. h5 U火炬排放物中烴的含量與燃燒程度有關，而燃燒程度很大程度上取決于燃料/空氣的配比和混合程度，也就是取決于火焰能達到的溫度及溫度的穩定保持情況。正確操作的火炬可實現燃盡率98% 以上，也就是說排放物中的烴和CO的含量是總烴氣體流量的2% 以下。

& i. }5 [( `( K0 Y, x; z$ t4 ~7 q

gemiusunyi

安全無小事，