浅谈火炬系统设计

李 胜

(广东寰球广业工程有限公司 ，广东 广州 510000)

化工设计

浅谈火炬系统设计

李 胜

(广东寰球广业工程有限公司 ，广东 广州 510000)

化工装置随着社会的发展数量和规模都在快速增加。正常生产、开停工、事故等工况下的火炬气排放量也相应的增加。安全和环保日益严格的要求对火炬系统的设计提出了越来越高的要求。

火炬；系统设置；能力确定；设计与计算

随着社会的发展，化工产品越来越多的融入到现如今的生活中，相应的化工装置数量也快速增长，规模也越来越大。这些装置在开停工、正常生产、事故等工况下或连续或断续的向火炬系统排放着可燃有毒气体。火炬系统作为最后的防线，必须要能保证火炬气能在任何情况下都顺利排放。因此，合理设计火炬系统是保证化工装置安全生成、减少污染的重要举措。

火炬系统的设计主要包括系统设置、处理能力确定、管径的计算、管道设计、分液及水封系统设计、燃烧设施及辅助设施的设计。本文简要谈下火炬气系统设计的细节。

1 火炬系统设置原则

火炬系统应能保证工艺装置、压力储罐等设施发生各种事故时可燃性气体能安全排放，应保证可燃性气体排放系统本身能安全运行，且正常生成条件下排放的可燃性其他宜回收利用。

2 火炬系统的处理能力

火炬系统的处理能力应根据各个装置在开停工、火灾事故、停水、停电及蒸汽、仪表空气供应中断等公用工程事故以及其他事故等工况下可能产生的气体量来考虑，应能保证最大工况下排放量的要求。

如果有多套工艺装置同时排放，可参考《石油化工可燃性气体排放系统设计规范》SH-3009-2013中6.2条来执行[1]。

3 火炬管道设计

火炬排放总管的管径主要由最大允许背压和马赫数来确定。

SH3009-2013中的5.4.4条规定，各装置在紧急事故时排入可燃性气体排放系统官网的可燃性气体，在装置边界处的眼里不宜小雨0.15MPaG。管道的马赫数可以用公式

计算出来的数值应与《石油化工可燃性气体排放系统设计规范》SH-3009-2013中的7.1.2条中的数值进行比较以保证马赫数的取值比较合理

一般计算管径需先假设管径数值。根据假设的管径值和火炬的最大处理能力，以火炬头为起点，反向计算背压，保证所得值小于最大允许背压，且马赫数满足规定马赫数即可。目前利用计算机搭建管网水力模型，可以很快的算出火炬管径[2-3]。

火炬管道在进行管道走向设计时，为了避免火炬总管内的凝液倒流入支管，增大装置排放的被压，影响安全卸放，故要求所有火炬支管按流向由上方斜45°接入主管。一般火炬总管敷设在管廊上需要有不小于千分之2的坡度，同时为保证火炬系统一直处于正压状态，宜在火炬总管端部设氮气吹气装置。火炬管道沿线若出现低点，应设置分液罐或者集液罐，保证将系统内的凝液及时分离出去，避免因两相流而造成的管道震动。现如今的大型化工装置，火炬燃烧点与生产装置的距离比较远，火炬管线不仅长度较长，而且管径很大，沿途需要设置一些补偿措施来消除应力。管道补偿措施主要有自然补偿(π弯)和膨胀节。膨胀节的结构特点致使其低点易聚集凝液。凝液会对膨胀节产生腐蚀，进而影响火炬排放管道的稳定性。不过可以对膨胀节局部进行伴热，以消除其使用过程中的薄弱环节。自然补偿可以保证整个系统管道具有相同的强度，有利于火炬气的稳定排放，但是缺点也很明显，π弯占地面积达，管道当量长度很长。火炬系统的热补偿措施应根据各装置的实际情况酌情考虑。

4 分液及水封系统

除酸性气体排放系统外，可燃性气体排放总管进入火炬前应设置分液罐，且火炬总管宜每隔1000～1500m设置一次分液设施。分液罐的作用是把火炬气中夹带的直径大于600μm的液滴分离出来，防止液滴夹带到火炬头发生火雨，从而保证了火炬的安全运行。典型的分液系统设计一般为：火炬气总管采用步步高的布置方式到达火炬分液罐进行分液处理后，由集液泵送至相应储罐中。

当火炬系统可燃气体压力过低出现负压时，空气会通过火炬头进入火炬官网，产生回火或者闪爆，影响火炬系统的安全，所以需要在分液罐与火炬之间设置水封罐，隔断火焰的传播。水封罐作为火炬系统防止回火的一种措施，水封的安全有效至关重要。当可燃气体排放接近结束时，水封罐的水量必须满足有效密封水量的需求。水封高度可由SH3009-2013中的8.2.7条来设置。水封罐中的储水量会因为自身蒸发、气体夹带等原因而越来越少，所以需要设置一定的补水措施。目前工程上常用限流孔板来控制补水量。

5 火炬燃烧设施

火炬燃烧设施主要包含火炬头、长明灯、点火系统及其他辅助设施。此部分一般由火炬厂家设计制造。

火炬头是燃烧火炬气的设施。一般不仅要求火炬要有好的燃烧状况，消除燃烧时产生的黑烟，还要求火炬头在低噪音下运行。而这两点是相互矛盾的，即消除燃烧黑烟改善燃烧状况往往是以增大噪音为代价。现在一般建议采用蒸汽助燃技术以代替传统的扩散燃烧方式，以达到一个燃烧状况和噪音均衡点的状态。

由于火炬气的排放具有不确定性，时间不定，排放量不定，排放介质性质不确定等因素，为保证火炬气能在任何工况下都能随时点燃，需要设置长明灯来保证随时可以点燃火炬气。长明灯的点燃由点火系统来完成。

高架火炬的点火系统一般设置高空电点火和地面内传焰点火两种方式。高空电点火系统是利用高压电能产生电火花，将长明灯中的燃料气点燃。长明灯设置热电偶，当检测到长明灯熄灭后，PLC点火控制系统自动发出点火信号来点燃长明灯。地面内传焰点火系统为手动点火，需先打开燃料气与仪表空气管线阀门，使两种气体在混合器内混合至爆燃比例，由高压电能产生的电火花点燃形成爆燃火焰，经内传焰管将火焰送至火炬头，从而点燃长明灯。

6 辅助设施

消烟措施。在火炬头处设置蒸汽消烟设施。蒸汽消烟由火炬头环管蒸汽和火炬筒体中心蒸汽两路组成。环管蒸汽将足够的蒸汽和空气送至火焰中心区域，有效加强火炬气和空气、蒸汽的混合效果，可加强火焰刚度，缩短火焰长度及托高火焰；中心蒸汽可以降低火炬气中碳氢化合物浓度，同时托高火焰，有效降低小流量时火炬头"焖烧"的现象。同时，环管蒸汽和中心蒸汽的注入可同时降低火炬头的温度，延长火炬头的使用寿命。

伴热设施。火炬筒体底部及火炬头消音器、蒸汽环管均需设置电伴热设施，以防凝液在冬季冻结。

可燃气体探测设施。火炬区设置可燃气体及有毒气体检测报警设施，保证气体发生泄漏时能够及时发现、及时处理，避免人身伤害和财产损失。

随着化工装置规模的不断扩大，火炬排放量也在不断增加，排放工况也更复杂，为保证火炬系统安全稳定运行，需要在满足规范的前提，不断优化设计方案才能保证火炬系统安全高效的运行。

[1] 中国石油化工集团公司储运设计技术中心站.SH 3009-2013 石油化工可燃性气体排放系统设计规范[S].北京：中国石化出版社,2014.

[2] 王松汗.石油化工设计手册[M]. 北京：化学工业出版社, 2001：677-681.

[3] 张 领.炼油厂火炬系统设计工艺[J].化工管理 , 2015(18):171.

(本文文献格式：李 胜.浅谈火炬系统设计[J].山东化工，2017，46(08)：128-129.)

2017-02-28

李 胜(1986—)，安徽池州人，工程师，主要从事化工设计。

TQ022.11+5

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