淺析火炬氣排放系統的設計

黃永

摘 要：火炬系統是石油化工廠、煉油廠安全的最后一道屏障，通過火炬氣排放管網將火炬氣安全的輸送至火炬設施確保整個工廠的安全至關重要。嚴格按照相關標準、規范合理進行火炬氣排放管網的配管設計，是保證火炬系統安全運行的重要組成部分。

關鍵詞：石油化工；火炬配管設計

1 火炬氣排放系統的構成和作用

火炬排放系統分為排放管網和火炬氣處理設施兩部分。火炬管網將系統各部分排放的可燃氣收集起來，輸送至火炬氣處理設施。系統將工廠生產狀態下排出的火炬氣及開停車、試車時產出的氣體燃燒處理后排放至大氣，同時可作為事故狀態下的安全措施。

2 設置火炬系統的原則和最大氣量的計算

2.1 設置火炬系統的原則

火炬排放系統為全廠裝置事故狀態下的安全出口， 在裝置各種突發狀況下可以盡快的進行排放，確保全場運行穩定和系統安全，對于成套的大型裝置，存在可燃氣排放要求的系統必須要設置火炬，一般情況下可按照排放氣性質分類設置不同類型的火炬。

2.2 最大火炬氣量確定

在工廠發生停水、儀表風停供、停電、設備事故等突發情況的組合工況下， 最大排放量確定主要有以下幾個原則：

1） 全場最大排放量不考慮所有裝置同時最大量排放的情況；

2） 排放總量按廠內單個裝置最大事故排放量+全廠其余裝置排放量的30%計算，但不應低于系統中兩個不同裝置的最大單點泄放量。

3 火炬系統管網設計規定

首先，火炬氣管網通常選擇架空敷設布置，在管道下設置管托或者墊板。對管徑大于DN800的管道，需要降低管托或者墊板的摩擦力，設置聚乙烯墊片或者其他可以降低摩擦力的措施。為了避免管道排放時發生震動，可以在管架上設置徑向限位措施，約束管道的形變方向。其次，火炬支線與主管連接時要沿著45度方向焊接且只能從主管上方連接，這樣可以降低管道接口處和主管的整體壓力，還可以避免各裝置同時排放時發生氣體頂牛的狀況，也減少了火炬支管中的冷凝液排放至主管中的概率。最后，由于火炬氣管徑較大，在進行管架的跨距設計時，不僅要進行管道的強度和剛度計算，同時要進行徑向的應力分析。同時為了減少火炬管道的阻力損失，管道彎頭曲率半徑最好大于管道直徑的二到三倍，這樣在大量排放時不至于在彎頭處產生較大的沖擊力。

4 火炬管道敷設的其他設計要求

4.1管道敷設坡度設計

火炬管道輸送的一般都是易燃易爆的氣體，同時會伴隨有凝液，所以管道敷設一般會要求以不小于千分之二的坡度坡向分液罐或者凝液回收裝置，以確保管網沒有低點存在，防止長期運行過程中積存凝液對系統造成危害。

4.2 火炬線管道的吹掃設計原則

火炬線開停工檢修前，都需要對火炬管道進行吹掃，確保管線內部不存在可燃氣和助燃氣以保證官網運行的安全。通常情況下選用氮氣作為主要的吹掃介質用來置換管道中的其他氣體，在特殊情況下也會選用低壓蒸汽作為吹掃介質，不過蒸汽吹掃會產生大量的凝液，需要進行排凝，或者用干燥。通常以火炬設施出口的含氧量作為檢測標準，當含氧量低于2%時，可認為管線吹掃完成?？梢赃M行接下來的維檢修工作，或者是生產的投運營。

4.3 分液罐和水封系統設計

火炬氣來來自各個裝置，不可避免的會攜帶重組分液滴，這些液體一旦進入火炬燃燒設施，將會出現“下火雨”的狀況，對火炬設施周圍造成極大的安全隱患，所以必須在進入火炬前將液體分離出來，所以需要設計人員在計算分液罐時，要確保最大的排放量的工況下，火炬氣中的液滴有足夠的分離時間，盡最大可能將火炬氣中含有的液滴減少到最低。

火炬系統中還需要設計水封罐，水封罐的主要作用有2個方面，不僅可以避免火炬燃燒時發生回火現象，不至于造成火苗進入火炬管道，帶來燃爆的風險，這就要求水封罐的儲水量要最少達到火炬氣排放管道3米高度的充水量，而且通過水封罐可以控制火炬排放系統的背壓，保證進入火炬的可燃氣壓力不至于太高。

4.4 管網壓力補充的設計及充氮設施

鑒于外部環境驟降的情況下，會導致管網氣體壓力降低，從而導致火炬口空氣倒吸入管網中，對火炬的安全運行造成傷害，所以一般情況下會在水封管前接入高壓燃料氣管線，通知壓力控制閥及壓力變送器對低壓管線進行壓力補充，當檢測到低壓管網壓力降低時會打開閥門對低壓管網進行充壓。同時在火炬水封罐之后，火炬底部設置氮氣充氣裝置，確保整個火炬筒體處于微正壓狀態，防止外部空氣進入火炬筒體帶來安全隱患。

4.5火炬管道的熱補償設計

由于火炬排放量的不確定性，結合火炬管線的管徑較大，在大量排放時容易對火炬管線產生較大的推力，對整個系統的管架帶來較大的作用力，所以對于大管徑的火炬線進行應力分析，設置必要的熱補償是十分必要的，尤其是對于蒸汽吹掃的火炬線還可能帶來溫度的較大變化。

通常情況下火炬線的補償都是選用自然補償，也就是通常說的π彎補償，考慮到火炬線管徑較大，通?；鹁婢€的補償為水平設置，并在補償管線前后設施滑動管托和固定管托，防止管線產生較大的位移，對管網整體的安全帶來影響。

4.6火炬管網低點排液及收集

通常火炬管線整體坡向火炬分液罐，就不需要另外設置凝液排放及收集設施，但是實際中由于受到地形，裝置接口標高，管架設計等諸多因素的影響，特別是大型煉廠管網往往總長度達到幾公里，難以保證整體一個坡度，這就需要在合適的地點設計低點凝液回收裝置，不僅可以減少火炬線內的阻力，還可以提高火炬線使用壽命，確?；鹁婢€運行安全。

4.7火炬筒體的設計要求

隨著技術的更新火炬筒體的設計越來越簡潔高效，火炬底部的排凝閥作為火炬系統最后一個排凝設施，要在排凝結束后及時關閉，選擇u型溢流結構，可以有效的防止誤操作帶來的潛在危險。

5 結語

現代煉廠裝置越來越多，規模也在不斷的擴大，導致火炬系統的接口也越發增多，這就對火炬系統的安全性提出了更高的要求，如何盡最大可能確?；鹁嫦到y的安全，從而提高整個工廠的安全將變得越來越重要。

參考文獻：

[1] 王松漢.石油化工設計手冊第四卷工藝和系統設計[M].北京：化學工業出版社，2002.

[2] 李長富，安英愛，劉茵.火炬排放管網系統設計[J].化工設計，2009，19（3）：27-29.

[3] 石油化工可燃性氣體排放系統設計規范[S].SH3009-2013.