[发明专利]混合火炬装置和方法

说明书

技术领域

废气火炬总成常常位于生产设施、精炼厂、石油加工厂等(统称为“设施”)中以处理由于通风要求、停产、翻倒和/或紧急状况所释放的易燃气流。这种火炬总成通常需要适应废气成分在宽范围上变化且以非常大的极限调节比操作(从最大应急流速到吹扫流速)的废气，并且不需维修地延长时间周期。

背景技术

典型的单点火炬总成包括从地面向上可延伸几英尺到几百英尺的火炬竖管(flare riser)，和安装在燃烧竖管(例如，在竖直火炬中，在顶部)上的火炬头。所述火炬头通常包括一个或多个用于点燃排出气的点火器。根据特殊的火炬头设计和可获得的气压，一些火炬包括例如蒸汽喷射器或鼓风机的抑烟设备。

废气能够在设施运行期间的任意时间释放。因此，能够在废气流动的整个周期中立即起燃的集成点燃系统是关键。集成点燃系统包括至少一个点火器，至少一个点火器发火机构和至少一个点火器火焰监视器。引燃气体必须通常总是供给到火炬点火器。

由于各种工艺和/或管理的考虑，有时将多种其它气体添加到释放的废气流中。有时添加到释放的废气流中的其他气体的实例包括吹扫气(例如，天燃气或氮气)和富集燃料气体的气体(例如，天燃气或丙烷)。到达火炬头入口的气流称为“排出气”，无论它仅包括释放的废气或释放的废气连同添加到释放的废气中的其他气体。排出气连同所有其他气体和水汽出现在火炬头的刚刚下游的大气中，不包括空气，但包括在火炬头添加的蒸汽和火炬总成的点火器所排放的燃料气体，称为“火炬气”。

吹扫气常常添加到所释放的废气流中(或否则添加到火炬总成中，如果废气流不是由设备在当时释放的)以便维持正气体流动通过火炬总成并且防止空气和可能的其他气体回流到火炬总成中。富集燃料气体有时添加到废气流中以帮助保证达到所需要的排出气的最小净热值。关于火炬的美围当前管理条例(例如40C.F.R.§60.18的管理条例)规定排出气的净热值不少于每标准立方英尺(scf)300英国热量单位(Btu’s)。火炬所有者和美国环境保护署(the“EPA”)之间的特定同意令可规定排出气的净热值必须甚至高于300Btu/scf。释放使用富集燃料气体以及使用的富集燃料的量取决于废气流的成分，废气流的流速和关于火炬操作的适用管理条例。

多数气体火炬需要以相对无烟的方式进行操作。这通过保证排出气在相对短的时间内掺和足够量的空气以充分氧化火焰中形成的烟尘颗粒来实现。在气压低的应用中，单独排出气流的动量可能不足以提供无烟操作。在这种应用中必需添加辅助介质以实现无烟操作。辅助介质可用来提供必需的推动力以从火炬装置周围吸收环境空气。有用的辅助介质的实例包括蒸汽和空气。在选择抑烟介质时必须考虑包括当地成本和可获得性等的许多因素。

用于增加低压气体动量的最普通的辅助介质是蒸汽，蒸汽通常利用与火炬头相关联的一组或更多组喷嘴喷入。除增加动量和吸收空气外，蒸汽还稀释气体，并且参与燃烧过程中所包括的化学反应，它们都有助于抑烟。在一个简单的蒸汽辅助系统中，几个蒸汽喷射器从安装在火炬头出口附近的蒸汽歧管或环延伸。蒸汽喷射器将蒸汽射流引导到邻近火炬头的燃烧区域中。一个或更多个阀(其能够远距离控制或自动控制)调整流到火炬头的蒸汽。蒸汽射流从周围大气中吸入空气，并且喷射到具有高能级湍流的排放的排出气中。这些射流可能还进行聚集、包含和导向离开火炬头的气体。这阻止风使火焰压低到火炬头周围。喷射的蒸汽、引出的空气和排出气结合形成混合物，帮助排出气以不具有可见烟雾的方式燃烧。已经研发了其他蒸汽辅助系统，并且成功地应用于更复杂的燃烧系统。

多数蒸汽辅助的火炬需要最小量的蒸汽流动以保持从控制阀到火炬头的蒸汽管线温暖并且准备进行应用且使与蒸汽管线中的冷凝液有关的问题最小。还有，最小量的蒸汽流动保持歧管和火炬头附近或火炬头上的其他蒸汽喷射部分冷却，这有助于防止到那里的热损坏(例如，在低流动火焰附着于蒸汽设备上的情况)。

火炬总成在严寒条件中的操作产生必须克服的附加问题。例如，当蒸汽通过火炬总成在低流速处排放以便当火炬处于待用状态时冷却蒸汽设备或者以辅助低体积燃烧现象(low volume flaring event)，冷冻温度可能导致蒸汽凝结且在火炬头周围或火炬头上形成冰。还有，在从蒸汽源到火炬总成的蒸汽管线中可能发生冷凝。在某些情形下，蒸汽管线非常长，并且尽管使用了隔热件，但仍易于冷凝。冷凝水能够喷洒在火炬头，最终在火炬头和相关联设备周围或在火炬头和相关联设备中结冰。排出气排放口周围或排出气排放口上形成冰，例如能够导致排放口堵塞和其他严重问题。