CHEMICAL ENGINEEＲING DESIGN化工设计2013，23(4)化工联合装置高架火炬系统设计 罗方敏*广东寰球广业工程有限公司广州510655
摘要介绍化工联合装置高架火炬系统设计时考虑的主要因素，包括高低压火炬的设置、处理能力的确定、火炬气排放管网、分液罐及水封罐等。提出实现火炬系统安全、可靠、环保和经济的系统设计的思路。 关键词高架火炬高低压火炬设置处理能力管网分液罐水封罐
化工联合装置的高架火炬用于处理各装置在正常生产、试车、开停车、紧急事故时排放的无法收集和再加工的可燃有毒气体及蒸汽的特殊燃烧设施，也是化工厂安全生产的要求［1］。合理进行火炬系统的设计，对保证工艺装置安全生产、保护环境、节省投资有重要意义。
1高压火炬和低压火炬的设置
当火炬气的正常操作压力有较大差别时，同一个火炬系统考虑设置高、低压两套不同压力的火炬总管。
高压火炬总管其背压较高，允许火炬气沿程有较大的压降，可以有效缩小火炬总管管径，节省材料，减少投资；低压火炬总管背压较低，允许火炬气沿程压力降小，便于安全阀选型。
如果高压火炬气和低压火炬气共用一根火炬总管，由于低压火炬气的操作压力较低，为保证能够选取合适的安全阀，使事故时低压火炬气系统能顺利排进火炬总管，不会导致憋压，要求火炬总管的背压较低。对于排放量大的高压火炬气而言，较低的背压意味着较大的总管管径，同时较高的排放温度需要较大的热应力补偿，既不利于管道布置，也不利于管廊的敷设。
因此，采取的措施是将高压火炬气与低压火炬气分开设置总管，将高压火炬气总管的背压提高，从而有效地缩小火炬总管管径，节省投资。低压火炬气总管的背压较低，有利于挑选与低压火炬气相关的安全阀。
2火炬系统的处理能力
处理能力由火炬气最大排放量来确定，一般按停电、停水、仪表空气事故、设备事故等工况进行分析、组合，各种火炬气排放系统必须满足最大工况下事故排放量的需要，以保证排放畅通，不使排放系统出现憋压现象，影响生产装置的安全。按照国内外规范及大型工程公司论证，最大火炬气排放量有几种方法计算［2］：①全部叠加（按事故工况涉及面考虑）；②单一最大事故排放量+正常排放量；③单一最大事故排放量+30%可能同时发生事故量；④单一最大事故排放量ˑ1.1安全系数。
根据SH3009－2001，火炬系统能力按照系统内最大排放装置的一次最大排放量和同一事故中几个装置同时泄放的排放量总和中的较大值选取，不考虑同时发生两种事故的工况，对不同事故发生的排放
条件不进行组合原则确定。对于化工联合装置，由于各装置不同事故工况下排放的时间规律通常无法具体把握，火炬系统作为最后的安全措施，提高安全性，火炬的能力按照同一事故工况下，各装置排放量的加和来确定较为合理和安全。但随着联合装置规模的加大，这种加压后的排放量将变得非常巨大时，应重新论证。
3火炬气排放管网尺寸
火炬系统管线尺寸的确定归纳起来要满足火炬气马赫数以及安全阀最大允许背压的要求。
3.1安全阀最大允许背压
在化工装置中通常选用弹簧式安全阀或波纹管背压平衡式安全阀。弹簧式安全阀动背压与静背压之和应不高于定压值（表压）的10%。波纹管背压平衡式安全阀总背压一般不高于定压值的
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*罗方敏：工程师。2007年毕业于中国石油大学（北京）应用化学专业。从事化工工艺设计工作。：（020）38042265/ 84414434，Email：g1146lfm@cnpc。
2013，23(4)罗方敏化工联合装置高架火炬系统设计
30%，最高不得超过定压值（表压）的50%。
3.2管线尺寸
火炬气排放管网通常为汇总式，图1中6点为
火炬点，1至6为总管，2、3、4、5为火炬排放点
。
图1火炬气排放管网示意图
火炬总管的管径应保证在设计排量下，管道的阻力降能满足安全阀的最大允许背压。火炬管网压降的计算，由6点开始，倒着向各支管接点逐段计算。如果计算结果不满足安全阀的最大允许背压要求，则调整管径重新计算，直到计算背压小于并接近安全阀的最大允许背压。排放管网计算是一个比较复杂的问题，由于排放介质的可压缩性，密度及流速在管道流动中是变化的，压降与流速间不能表达成简单的函数关系，压降的计算需要反复大量的计算。目前国际上使用最广泛的是Aspen Flare System Analyzer软件。经过实践证明，这套软件赢得了石油化工行业的广泛认可。
3.3马赫数
在背压允许的范围内，应保持排放管内的物流具有较高的流速，使之经济合理。全厂紧急事故最大排放工况火炬头出口的马赫数应小于等于0.5，无烟燃烧时火炬头出口的马赫数宜取0.2；处理酸性气体的火炬头出口马赫数宜小于等于0.2［3］。
4火炬分液罐
牛皮纸带
火炬系统分液罐的作用是移除火炬排放气体中夹带的液滴或可能发生的两相流中的液相，减少火炬气中的凝液量，以免液滴被夹带到火炬头造成“火雨”。有利于火炬系统管网运行，保证火炬安全。同时便于对分液罐内的轻烃回收处理。分液罐的设计应能分离出排放气体中直径300 600μm的液滴。
4.1型式选择
分液罐有卧式分液罐和立式分液罐，通常蒸汽流量大且分离的液体量多，选择卧式分液罐比较经济，如果空间有限或者液体负荷小，此时一般采用立式罐。
卧式分液罐有多种结构：第一类是无档板单流卧式分液罐（见图2），第二类是双流卧式分液罐（见图3），这种结构可以减少罐的直径，但却增加了罐的长度。对于直径超过运输限高值或者流量大的可以考虑这种结构
。
图2
单流卧式分液罐
图3双流卧式分液罐
4.2尺寸计算
目前SH3009－2001和API521－2007是计算卧式分液罐的两个常用标准，无论采用哪个规范计算分液罐，原理都是根据气体的停留时间大于等于液滴沉降时间，气速应低到允许液体沉降，以防止未蒸发的燃料液滴进入火炬。但计算方法及假设条件有所不同。
SH3009－2001的计算方法有3个假设：①卧式分液罐按存液30%考虑；②长（进出口管的距离）径比2.5 3；③液滴降落时间=气体从进口到出口流过的时间。
API521的计算中，先要假设罐的直径和切向距离，通过反复试算，使得计算出的罐长小于假设的罐长，如果相反，则要重新假定罐的直径和长度。计算中存液考虑为：①气体排放过程中的凝液；②伴随着气体泄放的液体排放，可以根据泄放持续20 30min来定这部分液体的体积，如果需要更长时间才能阻止泄放，那么可采用更长的液体停留时间；③罐内原有积聚液体。
由于SH3009－2001没有考虑20 30min持续泄放产生的液体积累，故对于凝液量大的火炬气，这部分的泄放累计分离的液体可能就超过了罐容积的30%，会导致尺寸偏小。因此，在计算中，
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CHEMICAL ENGINEEＲING DESIGN化工设计2013，23(4)
经验的做法是用SH3009－2001初算分液罐尺寸，用API521对计算结果进行校核。
5火炬水封罐
水封罐作为保护上游泄放管道和装置设备的重要设施，是防止回火和爆炸的一项常用安全措施。水封罐设计应能保证在发生回火爆炸事故时不被破坏，在SH3009－2001中规定其设计压力不得小于1.0MPa（G），同时也能分离出排放气体中直径在300 600μm的液滴。
5.1型式选择
水封罐应依据容器及火炬气排放系统设计的经济性选择卧式或立式容器，对于火炬气排放量较大时宜选用卧式水封罐。
卧式水封罐分为不带挡液板和带挡液板两种型式。带挡液板的水封罐优点是可通过挡板撇除水面上积聚的凝结液，即通常说的撇油的功能。对比不带挡板的水封罐补水更为迅速。此外，带档板的水封罐水封侧水不与排液管直接连通，避免了当气量很大时，密封水从排液U型管流出，造成透液的隐患。由于目前火炬装置气体排放量大，对挡液板的冲击也很大，有在事故大排放时冲破挡板的工程实例，所以对于带挡板的分液罐挡板要保证可靠安全的焊接。
紫砂饮水机5.2尺寸计算及水封要求
水封罐的尺寸计算和分液罐相同，只是分离粒径和液滴密度选择不同。分液罐分离300 600μm的液滴。
分液罐的分离液滴密度需采用分离出的重组分的密度，而水封罐的液滴密度可以采用水的密度。
为满足有效阻火，水封高度需达到一定的要求。对于密度小于空气的火炬气，其水封安全高度应考虑气体种类、火炬筒体高度和环境温度的影响。富氢气体的水封高度应高于一般烃类火炬气的水封高度。火炬筒体越高，所需的最小水封高度越高；环境温度越低，所需的最小水封高度越高，故冬季时水封高度应适度增加。对于管道内气体温降导致的负压，其水封量应满足SH3009－2001第4.0.25的要求，即“水封罐内的有效水封水量满足水封罐入口管道3m水量”的要求。对于密度大于等于空气的可燃性气体充满火炬筒体时，水封罐内不存在负压，这种工况下的水封高度只需满足管网维持正压的要求［5］。
为保证排放气在事故排放时能冲破水封排入火炬，水封高度也不能盲目的提高。对于化工联合装置，火炬气排放管网及水封罐同属于多个工艺装置，应对共用的火炬气排放管网进行统一的水力学计算，保证在最大排放量时背压值最小的装置能顺利排放。
6结语
（1）高压火炬气与低压火炬气分开设置总管，将高压火炬气总管的背压提高，可有效地缩小火炬总管管径，节省投资。低压火炬气总管的背压较低，有利于挑选与低压火炬气相关的安全阀，从而节省投资。
（2）对于化工联合装置，由于各装置不同事故工况下排放的时间规律通常无法具体把握，火炬系统作为最后的安全措施，提高安全性，火炬的能力按照同一事故工况下，各装置排放量的加和来确定较为合理和安全。ktkp-073
（3）火炬管网的设置在满足火炬气马赫数以及安全阀最大允许背压要求的同时，应从流程合理性、可靠性、可行性、经济性上综合考虑，使火炬系统设置最优。
（4）分液罐的作用是防止下火雨，分液罐的尺寸偏小，排放气中的液滴分离不下来是下火雨的主要原因，采用SH3009－2001初算分液罐尺寸，用API521－2007对计算结果进行校核，可避免凝液量少算造成尺寸选小。
农业交易（5）水封高度要满足系统正常生产条件下有效阻止火炬回火，同时也要确保排放气体在事故排放时能冲破水封排入火炬。
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（收稿日期2013－06－07）
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2013，23(4)ABSTＲACTS OF CHEMICAL ENGINEEＲING DESIGN
ABSTＲACTS
Characteristics of Copper-Based Catalyst for Combined Methanol＆Key Preparation Technology and Development Trends
Yan Xin，et al
（Chemical Engineering Department of Hunan Chemical Vocational Technology College，Zhuzhou412004）
With the development of refine desulfurization technology，the use of medium and low pressure copper-based catalyst has become almost the sole direction of combined methanol industry．This paper describes five characteristics of copper-based catalyst for combined methanol，four key preparation technologies and the development trends in three aspects．Key words copper-based catalyst for combined methanol characteristic key preparation technology development trends
Ｒesearch on Continuously Leaching Pollutants on Particle Surface Technology by Multistage Double Cone Liquid-Solid Fluidized Bed
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（Chemical Engineering School of Sichuan University，Chengdu610065）According to the countercurrent leaching process controlled by the surface mass transfer rate，this paper proposes the method of leaching the pollutants on particle surface by the multistage double cone liquid-solid fluidized bed．In Longgang gas field，the water-based drill cuttings are treated in24-stage series fluidized bed model experiment．The results show that when the liquid-solid ratio is2．68，the average residence time is256s，the pollutants leaching rate of98．4%，and the drilling cuttings reaching the harmless emission standard．
Key words multistage double cone liquid-solid fluidized bed leaching removal pollutants
Design of Distillation Column System in Chemical Plant
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（Jilin Design Institute of PetroChina NortheastＲefining＆Chemicals Engineering Co．，Ltd．，Jilin132002）
This paper discusses the bottom design of distillation column system and its correlation with the vertical thermosiphon reboiler．Examples illustrate the main factors that affect the stable operation of the distillation column system．
Key words column distillation column system thermosiphon reboiler column bottom design
Elevated Flare System Design of Chemical Complex
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Study on Combined Cycle Power Plant Configuration
Xu Tiansheng
（SINOPEC Ningbo Engineering Co．，Ltd．，Ningbo315103）Combined with actual project，this paper studies the main equipment selection and configuration of the combined cycle power plant that is associated with a chemical plant，and through technical and economic comparison，describes the configuration process of the combined cycle power generation mode scheme．
Key words combined cycle gas turbine configuration study technical and economic comparison
TechnologyＲoute Analysis，Comparison and Selection
of Air Separation Unit
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Chemical Pipe Support Optimized Design Approach
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Key words fixed pipe support rigid pipe support flexible pipe support optimized design
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Based on the PVC suspension polymerization process，combined with the actual situation at site，from several aspects of the initiator feed valve opening，the piping design and pipe support of the main reaction equipment of polymerization reactor，this paper analyzes and discusses the problems needing attention and apt to happen in piping layout．
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of Phosphoric Acid Plant
船用防爆离心风机Yue Zhen
（Beijing Zhonghua Engineering＆Project Management Co．，Ltd．Wuhan Branch，Wuhan430073）
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Piping Cold Insulation Construction in Cold Insulation System
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Thread LockingＲing Type Heat Exchanger Inner Leakage Cause
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Combined with the thread locking ring heat exchanger E-106inner leakage problem of a1．2ˑ104t stable light hydrocarbon processing unit，this paper analyzes and discusses the structural characteristics and causes of inner leakage of the thread locking ring，and identifies the reasons for
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豫公网安备41160202000603
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