第１２期 收稿日期：２０１８－０４－１６作者简介：王增辉（１９８３—），硕士研究生，工程师，从事炼油工艺设计工作。 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）
摘要：为了保证事故时可燃气体的安全排放，石化装置需要设置火炬系统。本文以董家口某码头罐区为例，对地面火炬系统的设计进行了分析和探讨：主要从火炬系统排放量确定、火炬管网计算、分液罐计算、安全防护距离设置几个方面详细介绍了设置地面火炬的方法。关键词：地面火炬；ＡｓｐｅｎＦｌａｒｅＳｙｓｔｅｍＡｎａｌｙｚｅｒ；火炬管网；分液罐；安全防护距离
中图分类号：ＴＱ０５；ＴＥ９６９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１８）１２－０１４１－０２
ＤｅｓｉｇｎｏｆＧｒｏｕｎｄＦｌａｒｅＳｙｓｔｅｍｆｏｒＴｅｒｍｉｎａｌＴａｎｋＦａｒｍｓ
ＷａｎｇＺｅｎｇｈｕｉ，ＧａｏＴｏｎｇ，ＨａｎＸｕｅ
飞轮齿圈（ＣＮＯＯＣＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６１０１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｌａｒｅｓｙｓｔｅｍｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｔｈｅｓａｆｅｌｙｄｉｓｃｈａｒｇｅｏｆｃｏｍｂｕｓｔｉｂｌｅｇａｓｉｎｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｌａｎｔｓ．Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅ
ｐｒｏｖｉｄｅｓｄｅｔａｉｌｅｄａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｇｒｏｕｎｄｆｌａｒｅｓｙｓｔｅｍｓ
，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｒａｔｅａｎａｌｙｓｉｓ，ｐｉｐｉｎｇｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｋｎｏｃｋ－ｏｕｔｄｒｕｍｄｅｓｉｇｎａｎｄｓａｆｅｔｙ－ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｉｓｔａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓ．ＡｎｅｘａｍｐｌｅｏｆａｔｅｒｍｉｎａｌｔａｎｋｆａｒｍｉｎＤｏｎｇｊｉａｋｏｕｉｓｇｉｖｅｎｔｏｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒｏｕｎｄｆｌａｒｅ；ＡｓｐｅｎＦｌａｒｅＳｙｓｔｅｍＡｎａｌｙｚｅｒ；ｐｉｐｉｎｇ；ｋｎｏｃｋ－ｏｕｔｄｒｕｍ；ｓａｆｅｔｙ－ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｉｓｔａｎｃｅ 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３０００ｍ３
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，装车时产转接卡
生的气相泄放量为８
苯胺的制备５Ｎｍ３
／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１
０５ｔ／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１
０５ｔ／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。
ＡｓｐｅｎＦｌａｒｅＳｙｓｔｅｍＡｎａｌｙｚｅｒ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 ＡｓｐｅｎＦｌａｒｅＳｙｓｔｅｍＡｎａｌｙｚｅｒ火炬管网模型
各管路计算结果如表１所示。
·
１４１·王增辉，等：码头罐区的地面火炬系统设计
山 东 化 工
表１ 火炬管网的管路数据
管路当量长度／ｍ
尺寸／ＤＮ压力（上游／下游）／ｋＰａ
马赫数（上游／下游）
Ｐｉｐｅ１３０１５０３．１２５／２．５３００．４３１／０．４７９Ｐｉｐｅ２１８０４００２．３８４／１．８９００．２３６／０．３０３Ｐｉｐｅ３
（主管网）５００５００１．８７８／１．３１８０．１８８８／０．２７４Ｐｉｐｅ４１０５００１．２３５／１．２２００．２９４／０．２９８Ｐｉｐｅ５
３０
５００
１．１２９／１．０７６
０．３２５／０．３４３
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。
１．４ 安全防护距离
封闭式地面火炬设施由地面燃烧炉、地面燃烧炉支柱、地
面燃烧器、防风墙、分级燃烧系统以及长明灯自动点火装置所
组成［３，６－７］
。
《石油化工企业设计防火规范》
ＧＢ５０１６０－２００８关于火炬的防火间距提出，封闭式地面火炬的设置应按照明火考虑，火炬的辐射热不应影响人身及设备安全。地面火炬的安全防护距离需要根据最大排放量进行详细计算和模拟设计，允许辐射
强度小于等于１
．５８ｋＷ／ｍ２［８－９］
。本项目地面火炬经核算，直径１３．２ｍ，高度４０ｍ。根据规
定，在地面火炬外部设置一个内径Φ
１７ｍ，高７．５ｍ的防风墙。防风墙的作用如下［１０］
：
（１）可以防止地面燃烧炉底部侧风对地面燃烧器燃烧状态的影响。
（
美臀坐垫
２）采用钢筋混凝土制成，墙内壁衬有轻质耐火耐高温陶瓷纤维毯，可最大限度地降噪和防止热辐射外漏。
（
鼓膜式板框压滤机３）有效阻止操作人员进入地面火炬高温区域。地面火炬设施运行时，防风墙外最大热辐射强度小于１
．５８ｋＷ／ｍ２
，噪声低于８０分贝，满足人员活动要求。地面火炬安
全防护距离的决定因素为４
０ｍ高处排烟口的辐射区域，经ｆｌａｒｅｓｉｍ软件简单模拟［９］
，安全防护距离为３９．３ｍ。详见图２
。
图２ 安全防护距离范围示意图
２ 总结
（１）封闭式地面火炬因其安全防护距离低、噪音低的特点，
有效解决了码头罐区空间受限的影响。
（２）《石油化工可燃性气体排放设计规范》ＳＨ３００９－２０１３为火炬系统设计提供了基本原则与方法。
（３）采用ＡｓｐｅｎＦｌａｒｅＳｙｓｔｅｍＡｎａｌｙｚｅｒ软件进行火炬系统和泄放管网设计是较为普遍的做法。
参考文献
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州化工，
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２４５７４５７Ｙ［Ｐ］．２００１．（本文文献格式：王增辉，高 桐，韩 雪．码头罐区的地面火炬系统设计［
Ｊ］．山东化工，２０１８，４７（１２）：１４１－１４２．）·
２４１·ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１８年第４７卷
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