码头罐区的地面火炬系统设计

2018-07-14王增辉

山东化工 2018年12期

王增辉，高　桐,韩　雪

(中海油石化工程有限公司工艺室，山东青岛　266101)

按照结构形式划分，火炬可以分为高架火炬和地面火炬。高架火炬在燃烧时，火炬头处所产生巨大火焰造成的热辐射对附近的工作人员及设备有很大的影响，因此高架火炬必须建在离厂区较远而且人口稀少的地方[1-2]。地面火炬因其热辐射低、噪音低的特点，适合应用于码头罐区。

董家口某码头罐区包含3000m3液化气球罐及其它罐区，为满足液化气球罐事故状态下的排放要求，设置火炬系统。火炬系统由火炬管网、水封罐、分液罐和地面火炬组成[3]。本文从火炬系统排放量确定、火炬管网计算、分液罐计算、安全防护距离几个方面，探讨火炬系统的设计。

1　地面火炬系统的设计

1.1　火炬系统排放量的确定

本地面火炬用于码头罐区的事故泄放。主要泄放源为：球罐组的3000 m3液态烃球罐在事故状态时的泄放，以及装卸车区和其它管线的超压泄放。根据地面火炬设置的一般规定，火炬系统需满足工况如下：

(1)装车时的超压泄放，组分为甲苯、甲醇、乙醇，装车时产生的气相泄放量为85Nm3/h,间断工况。

(2)液态烃管线因热胀超压而产生的泄放。

(3)球罐区，因发生地面火灾而产生的超压泄放，泄放组分为丙烯或液化气，最大泄放量为105t/h(47089Nm3/h)，间断。

综合考量，地面火炬的设计能力以3000m3液态烃球罐的最大事故泄放量105t/h为设计基础。火炬燃烧的气体主要是C3～C4烃类，符合《石油化工可燃性气体排放设计规范》SH3009-2013地面火炬燃烧的要求。由于放空气体总量和毒性都较小，设置地面火炬可以满足设计要求。

1.2　火炬管网计算

火炬管网的工艺设计应符合如下要求[4-5]：

(1)从火炬头开始反算全厂可燃性气体排放系统管网装置边界处的各节点的排放背压，各节点的背压应低于该点的允许背压。

(2)排放系统管网的马赫数不应大于0.7，可能出现凝液的可燃性气体排放管道末端的马赫数不宜大于0.5。

(3)全厂可燃性气体排放系统管网压力应保持不低于1kPa。

Aspen Flare System Analyzer 软件是进行火炬系统和泄放管网设计与计算的专业软件，可以模拟火炬系统[5]。根据上述要求，使用该软件建立模型如图1所示。

图1　Aspen Flare System Analyzer火炬管网模型

各管路计算结果如表1所示。

表1　火炬管网的管路数据

经核算，当火炬主管网管径取DN500时，各节点背压低于允许背压，各分支马赫数小于0.5，符合安全泄放要求。

1.3　分液罐计算

设计中采用卧式分液罐，对火炬气中的液体进行分离。根据《石油化工可燃性气体排放设计规范》SH3009-2013中的计算方法[6]：被分离液滴直径取600μm。分液罐直径根据公式(1)(2)进行试算：

(1)

式中：Uc——液滴沉降速度,(m/s);

ρ1——操作条件下的液滴密度，(kg/m3)；

g——重力加速度，取9.81，(m/s2) ；

ρg——操作条件下的气体密度，(kg/m3)；

D——液滴直径，m；

C——液滴在空气中的阻力系数。

(2)

式中：Dsk——试算分液罐直径，m；

a——罐内液体高度与罐直径比值；

b——罐内液体截面积与罐总截面积比值；

qv——入口气体流量，(Nm3/h)；

P——操作条件下的气体压力(绝压)，kPa；

φ——系数，一般取2.5～3.0。

根据试算结果分液罐直径应不小于1.76m，结合工程经验确定直径取2.4m，长度取7.2m。分液罐可以满足容纳火炬气连续排放20～30min的凝结液量，分液罐液相空间满足15min不会被泵抽，分液罐气相空间满足气相通过时间大于液体沉降时间，气体流动截面积大于入口管道截面积的3倍。分液罐设计符合火炬系统分液要求。