化工裝置火炬排放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

郭偉娜(福陸(中國(guó))工程建設(shè)有限公司)

火炬排放系統(tǒng)設(shè)置目的是將工藝裝置中設(shè)備、管道上的安全閥、泄放閥、排放閥等在不正常操作(或事故)時(shí)排放的可燃物料，開(kāi)停車(chē)時(shí)必須要排放的可燃物料和試車(chē)中暫時(shí)無(wú)法平衡時(shí)所必須排出的可燃物料收集并送到火炬筒頂部的火炬頭及時(shí)燃燒排放，以確保裝置的安全運(yùn)行，并減少對(duì)環(huán)境的污染。

一、火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容

火炬系統(tǒng)一般由火炬總管，分液罐，水封罐，凝液泵，點(diǎn)火盤(pán)，塔架，氣封，火炬筒體，火炬頭，長(zhǎng)明燈，航空警示燈，航空警示標(biāo)志等組成。火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)處理能力的設(shè)計(jì)，火炬管道的設(shè)計(jì)，火炬氣分離罐及火炬氣密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，煙筒的直徑和高度的計(jì)算，輻射熱的計(jì)算等，火炬頭由制造廠(chǎng)商設(shè)計(jì)。

1.火炬總管的設(shè)計(jì)

火炬排放氣體按介質(zhì)狀態(tài)分為熱氣體(T≥0°C,含水或不含水)；冷氣體(T<0°C)；冷氣體和熱氣體都有但不含水；液體排放系統(tǒng)四種情況。排放氣介質(zhì)四種狀態(tài)的任何一種情況，都要設(shè)置一根總管。一般排放的液體與排放的氣體是分開(kāi)的，對(duì)于帶有液體的物流要設(shè)分立設(shè)施和單獨(dú)的液相系統(tǒng)?；鹁婵偣艿椒蛛x器要有一定坡度(不小于2%)以便排液，對(duì)于排液死角要設(shè)排液口并將排出液回收儲(chǔ)存?；鹁嫫骺偣艿纳嫌巫钸h(yuǎn)端要設(shè)置固定的吹掃設(shè)施，避免火炬系統(tǒng)發(fā)生回火內(nèi)爆或者產(chǎn)生其他不安全因素。所有的火炬總管都應(yīng)該設(shè)氮?dú)獯祾哂密浌芙涌?。吹掃氣速在最大火炬總管?nèi)為0.03m/s。如果火炬系統(tǒng)設(shè)有水(液)封，水封上游吹掃氣速為0.01m/s。

2.火炬氣分離罐的設(shè)計(jì)

火炬排放總管進(jìn)入火炬燃燒之前應(yīng)設(shè)分離罐，每根火炬排放氣總管都應(yīng)設(shè)分離罐，用以分離氣體夾帶的液滴或可能發(fā)生的兩相流中的液相。分離罐的設(shè)計(jì)應(yīng)符合以下要求：

⑴設(shè)計(jì)流量要按照火炬系統(tǒng)的最大排放量來(lái)選取；

⑵為防止產(chǎn)生火雨，分離罐應(yīng)能分離出排放氣體中直徑300um 600um的液滴。

⑶結(jié)構(gòu)尺寸一般選用長(zhǎng)徑比23，直徑為火炬總管尺寸的34.5倍。

⑷應(yīng)設(shè)人孔、進(jìn)出氣體管、凝結(jié)液排出管、放水管等，必要時(shí)設(shè)梯子，平臺(tái)，寒冷地區(qū)應(yīng)采取防凍措施。還要設(shè)液面計(jì)、溫度計(jì)、壓力表并設(shè)置高液位報(bào)警器。

⑸分液罐的凝結(jié)液應(yīng)送往生產(chǎn)裝置或其他儲(chǔ)存類(lèi)似組分的低壓容器進(jìn)行回收利用，需要設(shè)置排液泵。

3.水封罐的設(shè)計(jì)

為了防止排放氣倒流和空氣倒流入火炬系統(tǒng)發(fā)生爆炸燃燒事故，要設(shè)置火炬氣密封系統(tǒng)，包括水(液封)和氣封(分子密封)，如果排放氣達(dá)到一定的數(shù)量，要在一個(gè)獨(dú)立的火炬中燃燒或者排放氣比空氣輕或未經(jīng)冷卻的熱排放氣，應(yīng)設(shè)水封罐。水封罐的設(shè)計(jì)，應(yīng)符合下列要求：

⑴設(shè)計(jì)流量要按照火炬系統(tǒng)的最大排放量來(lái)選取；

⑵應(yīng)能分離出排放氣體中直徑在300um600um的液滴，水封槽內(nèi)要留有一定的氣相空間，以防止水夾帶。

⑶設(shè)計(jì)壓力不得小于1.0Mpag。

⑷水封罐的水封高度，應(yīng)滿(mǎn)足排放系統(tǒng)在正常生產(chǎn)條件下有效阻止火炬回火，并確保排放氣體在事故排放時(shí)能沖破水封排入火炬。

⑸應(yīng)設(shè)人孔、進(jìn)出氣管、進(jìn)水管、液面控制排液管、排水管、加熱管(防凍要求)等，必要時(shí)可設(shè)梯子、平臺(tái)，排水管的設(shè)置應(yīng)考慮防止火炬氣的溢出。還要設(shè)壓力表、溫度計(jì)和液位計(jì)。

⑹水封罐的補(bǔ)水速度要適當(dāng)，不能太快。水封罐溢流口排出水應(yīng)回收以避免環(huán)境污染。

⑺水封罐與火炬基礎(chǔ)合并設(shè)置時(shí)，水封罐應(yīng)盡量靠近火炬煙囪。

4.火炬的計(jì)算

火炬的計(jì)算包括兩部分，火炬頭和火炬筒體。火炬筒體又包括煙囪直徑的計(jì)算和煙囪高度的計(jì)算。而火炬頭由制造廠(chǎng)商設(shè)計(jì)。

⑴火炬煙囪直徑計(jì)算

一般在確定火炬煙囪尺寸時(shí)，可按如下考慮：正常排放時(shí)，出口處氣體流速應(yīng)在0.2馬赫數(shù)乘以聲速以下；事故或緊急排放時(shí)，其流速應(yīng)在0.5馬赫數(shù)乘以聲速以下。此時(shí)燃燒器的壓力降在1050KPa，水封的壓力降在515KPa，火炬主管的壓力降在1050KPa，然后通過(guò)計(jì)算火炬煙囪直徑的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行核算，同時(shí)要檢查火炬系統(tǒng)總壓力降與安全閥背壓之間的關(guān)系，防止產(chǎn)生憋壓?；鹁鏌焽璧闹睆揭恍∮诨鹁嫦到y(tǒng)總管的直徑，以免由于排放氣夾帶液滴而形成火雨。

⑵火炬煙囪高度的計(jì)算

計(jì)算火炬高度時(shí)，火焰長(zhǎng)度與火炬氣燃燒釋放的熱量有關(guān)，通?？梢詤⒖伎咸乩碚摬榛鹧骈L(zhǎng)度與火炬氣釋放熱量的關(guān)聯(lián)圖得到理論火焰長(zhǎng)度。由于我國(guó)目前還沒(méi)有這方面的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，按照規(guī)范要求當(dāng)氣體的允許最大線(xiàn)速度取0.20.5馬赫數(shù)時(shí)，為簡(jiǎn)化計(jì)算火焰長(zhǎng)度取120倍火炬筒直徑。

火炬燃燒排放氣時(shí)，巨大的熱輻射強(qiáng)度將會(huì)傷及操作人員以及損壞設(shè)備。輻射熱的強(qiáng)度安全值一般為：對(duì)人體<1.67x104Kj/hm2；對(duì)設(shè)備<3.35x104Kj/hm2。火炬高度的選擇應(yīng)確保操作人員和設(shè)備的安全。

在點(diǎn)火或者廢氣燃燒時(shí)，火焰仍有熄滅的可能，一旦熄滅將有大量廢氣四溢，若廢氣中含有有害物質(zhì)情況更糟。因此，從安全出發(fā)，以最大有害物質(zhì)排放量在不燃燒直接排放情況下落地濃度達(dá)到允許濃度標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)著手點(diǎn)，來(lái)推算火炬應(yīng)有的高度。

結(jié)語(yǔ)

火炬排放系統(tǒng)是石油化工廠(chǎng)防止釋放未燃?xì)怏w的最后一道屏障，其自身的安全設(shè)計(jì)非常重要。每一套裝置都具有其特有的工況，應(yīng)因地制宜地設(shè)計(jì)出相應(yīng)的火炬排放系統(tǒng)，以便可燃?xì)怏w暢通順利的燃燒排放，保證裝置安全正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。

[1]化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)(第四版)吳德榮主編.

[2]HG20570.12–95火炬系統(tǒng)設(shè)置.

[3]SY/T10043–2002泄壓和減壓系統(tǒng)指南.

[4]優(yōu)化工廠(chǎng)火炬系統(tǒng)設(shè)計(jì)甘肅省石油化工設(shè)計(jì)院 李智.