火炬气凝液缓冲系统的设计

曹晓娟 贾金洁

东华工程科技股份有限公司 合肥 230024

火炬气凝液缓冲系统的设计

曹晓娟*贾金洁

东华工程科技股份有限公司 合肥 230024

介绍火炬气凝液缓冲系统的组成、工作原理及设计要点。与传统的火炬气分液系统相比，采用液体缓冲系统代替凝液输送泵，具有安全性好、维护费用低等优点，该系统尤其适用于北方寒冷地区。火炬气凝液缓冲系统为火炬气凝液储存和输送提供了另一种选择。

分液系统 液体缓冲罐 工作原理 设计要点

在煤化工装置中，火炬气排放系统一般由火炬气总管、火炬气分液罐、水封罐、高架火炬等组成。其中，分液罐的作用是移除火炬排放气中的液体、固体，避免大量液滴被夹带到火炬头形成火雨[1]。火炬分液系统是整个火炬系统安全、稳定运行的重要保障。

常规的火炬气分液系统一般由火炬气分液罐、凝液输送泵、阀门及相应的仪表等组成。在正常操作工况下，火炬气分液罐中没有液位或液位很低，凝液输送泵长期处于停机状态。

火炬气分液罐分离出来的液体成分较复杂，一般含有H2S、CO等高度危害介质和H2等易燃易爆介质，在开启凝液输送泵前需要进行排净气体的操作，会有一部分可燃、有毒介质释放出来，如操作不当会引起爆炸。另外，我国的大型煤化工项目多分布在北方寒冷地区，凝液输送泵进出口管道及泵本体可能发生结冻现象，从而影响凝液输送泵的安全运行。由于进凝液输送泵的液体多处于饱和状态，凝液输送泵易发生汽蚀。在实际生产中，凝液输送泵的维护和保养也需要耗费人力、物力。

为了解决火炬凝液输送泵存在的安全、投资及维修保养等问题，本文介绍一种能够方便、快速排走火炬气分液罐中液体的火炬气凝液缓冲系统。

1 系统组成

该火炬气凝液缓冲系统见图1。

系统主要包括火炬气分液罐和液体缓冲罐。火炬气分液罐的底部和液体缓冲罐之间设置有连接 管道1，利用连接管道1，火炬气分液罐中的液体通过重力自流至液体缓冲罐，该管线上设置有切断阀5。火炬气分液罐的顶部和液体缓冲罐顶部之间设置有平衡管2，用于保证在凝液由火炬气分液罐排向液体缓冲罐时，火炬气分液罐和液体缓冲罐之间的压力相同。平衡管2上设置有切断阀6。液体缓冲罐底部设置有凝液排出管线3与外部的凝液接收系统相连，排出管线3上设置有切断阀7和止回阀8。另外，液体缓冲罐和外部的氮气管线之间也设置有连通管线4，用于液体缓冲罐充压使用。连通管线4上设置有切断阀9。

图1 火炬气凝液缓冲系统组成

在液体缓冲罐一侧，还设置有液位测量及报警系统10，当液体缓冲罐的液位高于或低于设定值后，液位计发出高报警或低报警信号。

液体缓冲罐为压力容器，在液体缓冲罐上部，还设置安全阀11。

该火炬气凝液缓冲系统中火炬气分液罐的布置高度要高于液体缓冲罐，以便火炬气分液罐中的液体能够在重力的作用下顺畅的流入液体缓冲罐中。

2 工作原理

在火炬系统正常工作时，打开切断阀5、6，关闭切断阀7、9。此时火炬气分液罐和液体缓冲罐连为一个整体，由于设置平衡管2，火炬气分液罐和液体缓冲罐的压力相同，火炬气分液罐中的液体可以通过连接管道1，在重力的作用下自流到液体缓冲罐中。

当火炬气分液罐中的液位达到高报警值时，此时关闭切断阀5、6，打开切断阀9，将外部的氮气引入液体缓冲罐。随着氮气的进入，液体缓冲罐的压力会缓慢升高，当液体缓冲罐的压力达到一定值(此数值根据凝液接收系统的背压确定)，比如3bar(G)时，打开液体分液罐底部的切断阀7，可以将液体缓冲罐中的液体排至凝液接收装置。

当液体缓冲罐中的液位达到低报警值时，关闭切断阀7、9，打开切断阀5、6，此时火炬气分液罐和液体缓冲罐再次连为一个整体，火炬气分液罐中的液体通过重力自流至液体缓冲罐，从而开始下一个循环。

3 火炬气凝液缓冲系统的设计

本火炬气凝液缓冲系统无转动设备，排液方案简单、可靠，特别适用于我国北方寒冷地区。其设计要点如下：

3.1 液体缓冲罐尺寸

液体缓冲罐尺寸计算的依据是液体流量及停留时间。液体缓冲罐的内部空间包括气相空间和液相空间。在正常工作条件下，火炬气分液罐中的液体是直接排放到液体缓冲罐的，液体缓冲罐的液相容积可以理解成是火炬气分液罐的液相容积。根据《石油化工可燃性气体排放系统设计规范》SH 3009-2013中第8.1.8节：分液罐的容积应为气液分离所需的容积和火炬气连续排放20min～30min所产生的凝结液所需要的体积之和[2]。因此，液体缓冲罐中液相体积可按照SH 3009-2013所规定的火炬气连续排放20min～30min所产生的凝结液所需要的体积进行计算。

液体缓冲罐的气相空间，可按照气液分离器的气相空间考虑，因为液体排出液体缓冲罐的过程，实际是一个气液分离的过程。根据HG/T 20570.8 -95第2.3.1节规定，气相空间的高度(罐顶至最大液面的高度)不应小于300mm[3]。

确定了液相体积和气相体积后，两者的加和就是液体缓冲罐的容积。

液体缓冲罐的长径比C可按照HG/T 20570.8 -95第2.3.1节规定：

C=LT/DT=2～4

式中，LT，DT分别为圆柱部分的长度和直径，m。

一般推荐值为2.5。

3.2 液体缓冲罐的伴热

为保证液体缓冲罐在寒冷气候条件下的正常工作，液体缓冲罐应设置蒸汽伴热并保温，防止液体缓冲罐内部的液体结冻，影响火炬分液系统，甚至火炬气排放系统的安全稳定运行。

3.3 火炬气分液罐和液体缓冲罐的布置

火炬气分液罐中的液体是通过重力自流至液体缓冲罐的，为保证液体能够顺畅的流入液体缓冲罐，火炬气分液罐的罐底标高应高于液体缓冲罐的最高控制液位标高。

3.4 液体缓冲罐的液位控制

本火炬气凝液缓冲系统中，液体缓冲罐中的液体是通过外部氮气加压排出的。为防止气体串入凝液排放管道，造成凝液排放管道振动，因此，对液体缓冲罐的液位进行合理控制是系统安全运行的重要环节。本系统中的阀门7采用自控阀门，通过液位计10对阀门7进行自动调节，从而控制液体缓冲罐中的液位，这比人工操作更可靠。

3.5 其它

(1)连接管道1应插入液体缓冲罐底部，建议距底部150 mm～200mm。

(2)液体缓冲罐底部应设置积液包，连接管道3应与积液包底部相连，以保证液体缓冲罐中的液体能够尽最大可能排出。

(3)连接管道3上应设置止回阀，防止液体缓冲罐压力降低后，连接管道3后面的液体倒流至液体缓冲罐。

(4)连接管道2应设置到液体缓冲罐的顶部。

(5)安全阀的起跳压力不得低于外来氮气可能达到的最大压力。

(6)由于火炬分液罐布置高于凝液缓冲罐，对于大型煤化工项目，其凝液缓冲罐容积可能会做得比较大，造成火炬分液罐的标高较高，从而导致火炬总管无法坡入到液体缓冲罐。此问题在设计中应具体考虑，建议此工况下降低液体缓冲罐的标高，如将液体缓冲罐布置在0.000平面以下。

(7)本系统阀门的关联性比较强，如采用人工控制，则存在可靠性和人工控制反应时间较慢的问题，本系统的阀门5、6、7、9均可采用自控阀门进行操作，既缩短反应时间，又提高系统的可靠性。

4 结语

本文中提到的火炬气凝液缓冲系统，与采用凝液输送泵排出火炬气分液罐中液体的方案相比，具有如下特点：采用液体缓冲罐代替凝液输送泵，

消除了凝液输送泵易发生汽蚀的状况，省去凝液输送泵的维修和保养环节，降低装置的运行和维护费用。

本系统比采用凝液输送泵排出火炬气分液罐中的液体，操作更简单，方便。

综上所述，本文介绍的火炬气凝液缓冲系统为凝液储存和输送提供了另一种选择，可根据具体工况进行选择和使用。

1 罗方敏.化工装置火炬分液罐工艺设计[J]. 广东化工，2013 40(13)：210.

2 SH3009-2013,石油化工可燃性气排放系统设计规范[S].

3 HG/T 20570-95,工艺系统工程设计技术规定[S].

2016-12-21)

*曹晓娟：工程师。2008年毕业于南京工业大学工学化工机械专业获硕士学位。从事化工工程设计工作。联系电话(0551)63693380， E-mail:caoxiaojuan@chinaecec.com。