李 勝

(廣東寰球廣業(yè)工程有限公司 ，廣東 廣州 510000)

化工設(shè)計

淺談火炬系統(tǒng)設(shè)計

李 勝

(廣東寰球廣業(yè)工程有限公司 ，廣東 廣州 510000)

化工裝置隨著社會的發(fā)展數(shù)量和規(guī)模都在快速增加。正常生產(chǎn)、開停工、事故等工況下的火炬氣排放量也相應(yīng)的增加。安全和環(huán)保日益嚴(yán)格的要求對火炬系統(tǒng)的設(shè)計提出了越來越高的要求。

火炬；系統(tǒng)設(shè)置；能力確定；設(shè)計與計算

隨著社會的發(fā)展，化工產(chǎn)品越來越多的融入到現(xiàn)如今的生活中，相應(yīng)的化工裝置數(shù)量也快速增長，規(guī)模也越來越大。這些裝置在開停工、正常生產(chǎn)、事故等工況下或連續(xù)或斷續(xù)的向火炬系統(tǒng)排放著可燃有毒氣體?；鹁嫦到y(tǒng)作為最后的防線，必須要能保證火炬氣能在任何情況下都順利排放。因此，合理設(shè)計火炬系統(tǒng)是保證化工裝置安全生成、減少污染的重要舉措。

火炬系統(tǒng)的設(shè)計主要包括系統(tǒng)設(shè)置、處理能力確定、管徑的計算、管道設(shè)計、分液及水封系統(tǒng)設(shè)計、燃燒設(shè)施及輔助設(shè)施的設(shè)計。本文簡要談下火炬氣系統(tǒng)設(shè)計的細(xì)節(jié)。

1 火炬系統(tǒng)設(shè)置原則

火炬系統(tǒng)應(yīng)能保證工藝裝置、壓力儲罐等設(shè)施發(fā)生各種事故時可燃性氣體能安全排放，應(yīng)保證可燃性氣體排放系統(tǒng)本身能安全運行，且正常生成條件下排放的可燃性其他宜回收利用。

2 火炬系統(tǒng)的處理能力

火炬系統(tǒng)的處理能力應(yīng)根據(jù)各個裝置在開停工、火災(zāi)事故、停水、停電及蒸汽、儀表空氣供應(yīng)中斷等公用工程事故以及其他事故等工況下可能產(chǎn)生的氣體量來考慮，應(yīng)能保證最大工況下排放量的要求。

如果有多套工藝裝置同時排放，可參考《石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》SH-3009-2013中6.2條來執(zhí)行[1]。

3 火炬管道設(shè)計

火炬排放總管的管徑主要由最大允許背壓和馬赫數(shù)來確定。

SH3009-2013中的5.4.4條規(guī)定，各裝置在緊急事故時排入可燃性氣體排放系統(tǒng)官網(wǎng)的可燃性氣體，在裝置邊界處的眼里不宜小雨0.15MPaG。管道的馬赫數(shù)可以用公式

計算出來的數(shù)值應(yīng)與《石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》SH-3009-2013中的7.1.2條中的數(shù)值進(jìn)行比較以保證馬赫數(shù)的取值比較合理

一般計算管徑需先假設(shè)管徑數(shù)值。根據(jù)假設(shè)的管徑值和火炬的最大處理能力，以火炬頭為起點，反向計算背壓，保證所得值小于最大允許背壓，且馬赫數(shù)滿足規(guī)定馬赫數(shù)即可。目前利用計算機搭建管網(wǎng)水力模型，可以很快的算出火炬管徑[2-3]。

火炬管道在進(jìn)行管道走向設(shè)計時，為了避免火炬總管內(nèi)的凝液倒流入支管，增大裝置排放的被壓，影響安全卸放，故要求所有火炬支管按流向由上方斜45°接入主管。一般火炬總管敷設(shè)在管廊上需要有不小于千分之2的坡度，同時為保證火炬系統(tǒng)一直處于正壓狀態(tài)，宜在火炬總管端部設(shè)氮氣吹氣裝置?；鹁婀艿姥鼐€若出現(xiàn)低點，應(yīng)設(shè)置分液罐或者集液罐，保證將系統(tǒng)內(nèi)的凝液及時分離出去，避免因兩相流而造成的管道震動。現(xiàn)如今的大型化工裝置，火炬燃燒點與生產(chǎn)裝置的距離比較遠(yuǎn)，火炬管線不僅長度較長，而且管徑很大，沿途需要設(shè)置一些補償措施來消除應(yīng)力。管道補償措施主要有自然補償(π彎)和膨脹節(jié)。膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)特點致使其低點易聚集凝液。凝液會對膨脹節(jié)產(chǎn)生腐蝕，進(jìn)而影響火炬排放管道的穩(wěn)定性。不過可以對膨脹節(jié)局部進(jìn)行伴熱，以消除其使用過程中的薄弱環(huán)節(jié)。自然補償可以保證整個系統(tǒng)管道具有相同的強度，有利于火炬氣的穩(wěn)定排放，但是缺點也很明顯，π彎占地面積達(dá)，管道當(dāng)量長度很長?；鹁嫦到y(tǒng)的熱補償措施應(yīng)根據(jù)各裝置的實際情況酌情考慮。

4 分液及水封系統(tǒng)

除酸性氣體排放系統(tǒng)外，可燃性氣體排放總管進(jìn)入火炬前應(yīng)設(shè)置分液罐，且火炬總管宜每隔1000～1500m設(shè)置一次分液設(shè)施。分液罐的作用是把火炬氣中夾帶的直徑大于600μm的液滴分離出來，防止液滴夾帶到火炬頭發(fā)生火雨，從而保證了火炬的安全運行。典型的分液系統(tǒng)設(shè)計一般為：火炬氣總管采用步步高的布置方式到達(dá)火炬分液罐進(jìn)行分液處理后，由集液泵送至相應(yīng)儲罐中。

當(dāng)火炬系統(tǒng)可燃?xì)怏w壓力過低出現(xiàn)負(fù)壓時，空氣會通過火炬頭進(jìn)入火炬官網(wǎng)，產(chǎn)生回火或者閃爆，影響火炬系統(tǒng)的安全，所以需要在分液罐與火炬之間設(shè)置水封罐，隔斷火焰的傳播。水封罐作為火炬系統(tǒng)防止回火的一種措施，水封的安全有效至關(guān)重要。當(dāng)可燃?xì)怏w排放接近結(jié)束時，水封罐的水量必須滿足有效密封水量的需求。水封高度可由SH3009-2013中的8.2.7條來設(shè)置。水封罐中的儲水量會因為自身蒸發(fā)、氣體夾帶等原因而越來越少，所以需要設(shè)置一定的補水措施。目前工程上常用限流孔板來控制補水量。

5 火炬燃燒設(shè)施

火炬燃燒設(shè)施主要包含火炬頭、長明燈、點火系統(tǒng)及其他輔助設(shè)施。此部分一般由火炬廠家設(shè)計制造。

火炬頭是燃燒火炬氣的設(shè)施。一般不僅要求火炬要有好的燃燒狀況，消除燃燒時產(chǎn)生的黑煙，還要求火炬頭在低噪音下運行。而這兩點是相互矛盾的，即消除燃燒黑煙改善燃燒狀況往往是以增大噪音為代價?，F(xiàn)在一般建議采用蒸汽助燃技術(shù)以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的擴散燃燒方式，以達(dá)到一個燃燒狀況和噪音均衡點的狀態(tài)。

由于火炬氣的排放具有不確定性，時間不定，排放量不定，排放介質(zhì)性質(zhì)不確定等因素，為保證火炬氣能在任何工況下都能隨時點燃，需要設(shè)置長明燈來保證隨時可以點燃火炬氣。長明燈的點燃由點火系統(tǒng)來完成。

高架火炬的點火系統(tǒng)一般設(shè)置高空電點火和地面內(nèi)傳焰點火兩種方式。高空電點火系統(tǒng)是利用高壓電能產(chǎn)生電火花，將長明燈中的燃料氣點燃。長明燈設(shè)置熱電偶，當(dāng)檢測到長明燈熄滅后，PLC點火控制系統(tǒng)自動發(fā)出點火信號來點燃長明燈。地面內(nèi)傳焰點火系統(tǒng)為手動點火，需先打開燃料氣與儀表空氣管線閥門，使兩種氣體在混合器內(nèi)混合至爆燃比例，由高壓電能產(chǎn)生的電火花點燃形成爆燃火焰，經(jīng)內(nèi)傳焰管將火焰送至火炬頭，從而點燃長明燈。

6 輔助設(shè)施

消煙措施。在火炬頭處設(shè)置蒸汽消煙設(shè)施。蒸汽消煙由火炬頭環(huán)管蒸汽和火炬筒體中心蒸汽兩路組成。環(huán)管蒸汽將足夠的蒸汽和空氣送至火焰中心區(qū)域，有效加強火炬氣和空氣、蒸汽的混合效果，可加強火焰剛度，縮短火焰長度及托高火焰；中心蒸汽可以降低火炬氣中碳?xì)浠衔餄舛?，同時托高火焰，有效降低小流量時火炬頭"燜燒"的現(xiàn)象。同時，環(huán)管蒸汽和中心蒸汽的注入可同時降低火炬頭的溫度，延長火炬頭的使用壽命。

伴熱設(shè)施?；鹁嫱搀w底部及火炬頭消音器、蒸汽環(huán)管均需設(shè)置電伴熱設(shè)施，以防凝液在冬季凍結(jié)。

可燃?xì)怏w探測設(shè)施。火炬區(qū)設(shè)置可燃?xì)怏w及有毒氣體檢測報警設(shè)施，保證氣體發(fā)生泄漏時能夠及時發(fā)現(xiàn)、及時處理，避免人身傷害和財產(chǎn)損失。

隨著化工裝置規(guī)模的不斷擴大，火炬排放量也在不斷增加，排放工況也更復(fù)雜，為保證火炬系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，需要在滿足規(guī)范的前提，不斷優(yōu)化設(shè)計方案才能保證火炬系統(tǒng)安全高效的運行。

[1] 中國石油化工集團(tuán)公司儲運設(shè)計技術(shù)中心站.SH 3009-2013 石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國石化出版社,2014.

[2] 王松汗.石油化工設(shè)計手冊[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2001：677-681.

[3] 張 領(lǐng).煉油廠火炬系統(tǒng)設(shè)計工藝[J].化工管理 , 2015(18):171.

(本文文獻(xiàn)格式：李 勝.淺談火炬系統(tǒng)設(shè)計[J].山東化工，2017，46(08)：128-129.)

2017-02-28

李 勝(1986—)，安徽池州人，工程師，主要從事化工設(shè)計。

TQ022.11+5

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1008-021X(2017)08-0128-02