乙烯装置的火炬系统一般分为冷火炬和热火炬系统。冷火炬系统收集泄放温度低于4℃的物料，热火炬系统收集泄放温度高于4℃的物料。含水物料的排放，原则上应该排至热火炬系统，但对于液化烃类物质，由于泄放过程中会造成低温，因此需要综合判断其各种影响。冷火炬罐内的液体在冷火炬汽化器内汽化再返回罐中，冷火炬罐顶部排出的冷火炬气经过热并入热火炬总管后送出到界区外的火炬。

 

乙烯装置火炬总排量的分析需基于整个装置的安全性和经济性。如果设计的火炬总排量偏小，在装置故障时工艺气体不能得到及时排放；如果设计的总排量偏大，将会大幅增加火炬总管的尺寸和火炬设施的规模，进而增加整个装置的投资，降低其经济效益。因此，作为装置紧急事故停车的安全保证措施，火炬总负荷的确定是十分重要的。下面以某百万吨级规模乙烯装置为例，说明乙烯装置火炬总排量的确定原则与方法。

 

乙烯装置简介

 

某百万吨级乙烯装置采用前脱丙烷前加氢工艺流程，装置年操作时间为8000h，除生产聚合级乙烯和聚合级丙烯外，同时副产氢气、混合碳四、粗裂解汽油、裂解燃料油等。整个装置包括：原料预处理区、裂解炉区、急冷区、压缩区、前脱丙烷前加氢区、冷分离区、热分离区、乙烯热泵及制冷区、丙烯制冷区、炼厂干气回收区等。

 

 

减排前后火炬排量对比

 

乙烯装置的火炬负荷的分析涵盖多个工况，如停水工况、停电工况、裂解气压缩机跳车工况、丙烯制冷压缩机故障工况、乙烯制冷压缩机故障工况和急冷水故障工况等。若装置未采取任何减排措施，整个火炬系统的总负荷是相当大的。蕞大工况是停水工况，此时火炬的总负荷约为4900t/h(包括热火炬和冷火炬的排放)，如果按该总负荷设计火炬系统，火炬总管的尺寸和火炬设施的规模将非常巨大，这将造成投资的大幅度增加，影响整个装置的经济效益。

 

故通过采取减排措施降低乙烯装置火炬的总负荷是十分必要的，可以降低投资，进一步提高竞争性和综合效益。采取减排措施后可以显著降低火炬的总泄放量，此时的火炬系统总排量约为1500t/h(包括热火炬和冷火炬的排放)。

 

火炬减排措施

 

1火炬负荷控制原则

 

为减少火炬负荷，在出现全厂性停水、停电等事故时，可以采用高度可靠的安全仪表系统(SIS)来减少同时起跳泄压的安全阀数量。SIS系统的典型功能是切断系统内造成超压的根源。

 

SIS系统通常由三部分组成：即工艺参数检测器(探头)、逻辑解算器(逻辑回路)和蕞终控制元件。工艺参数检测器通常是直接测量压力，也可以测量引起超压的其他参数，例如冷却水温度高或流量低。

 

为减少火炬负荷，通常采用以下原则：

 

1) 采用SIS仪表系统达到或超过SIL-3级的要求来减少火炬负荷，并根据SIS系统的安全等级计算出火炬实际排量大于限排量的几率。

 

2) 每个独立的泄放源均必须采用SIL-3级的安全仪表系统。

 

3) 每个SIL-3级的安全仪表系统要有一个硬件故障裕度，至少有1个子系统如此。

 

4) 火炬系统的设计能力是基于没有SIS系统的各泄放源的负荷加上1个蕞大的SIS系统失效的泄放源负荷之和确定的。它是假定1个SIL-3系统操作故障，把蕞大的失效泄放负荷加上无减排措施的泄放负荷而得到的。

 

5) 每个泄放源均按泄压装置的蕞大能力确定泄放量，每个泄放负荷均不减少泄放量。

 

6) 检测器和逻辑解算器系统采用3取2的原则，以避免误动作，保证本质安全。

 

7) 按照需要，SIS系统和其他工艺控制系统分开设置，以便处理全厂性的故障。

 

8) 通常允许检测器和现场仪表共享，满负荷的压力泄放装置有另一层面的独立保护。

 

在此尤其需要强调的是：SIS系统的所有元件需要有冗余，典型的组件构型由3取2的3个变送器组成，逻辑回路的3重模块冗余也是3取2的，以及现场有冗余的硬件(例如采用2个切断阀)。

 

SIS系统也广泛应用于精馏塔和压缩机系统，因为这些系统在电力故障、停水故障时会产生较大的泄放流量。此时用SIS系统检测每座塔的塔顶压力，当塔压高时适时切断再沸器的热源，进而减少整个塔系的火炬泄放量。

 

在SIS系统中，SIL-3级回路的输出信号必须通过获得SIL-3级认证的卡板直接驱动现场电磁阀，否则会造成安全等级下降。为实现可靠切断物料，同时又节约投资，可以采用1台现场联锁调节阀配置2套串联电磁阀的方式以确保安全停车。同时，DCS系统也向调节阀发出信号，确保安全联锁阀门动作。