放空火炬系统的安全设计_姚青
常、安全运行。然而, 放空火炬系统设计的本身就存在着安
全问题, 设计不当将会造成人员伤亡, 装置区中设
备、系统的严重损坏, 甚至发生火炬筒爆炸, 后果
不堪设想。本文结合某工程设计, 提出相应的安
全措施以供借鉴。
2 放空火炬系统设计组成
一般来讲, 一个较完整的放空火炬系统由两
大部分设计组成。
211 放空系统的设计
主要包括在研究每个设备、装置排气情况的
基础上, 核定系统的背压、确定管网的直径、选定
每个设备及管系安全阀( 泄放装置) 的孔径及型
号、严格排出管网及安全阀的相互定位。放空系
统是装置安全运行的基础。
212 火炬系统的设计
它是一个非常严密的系统, 其主要由阻火装
置、分离罐、火炬筒、火炬头、点火器、常明灯等组
成。它是装置安全运行的关键。
3 放空系统的安全设计
311 事故态时最大载荷的确定
为使设备、装置安全运行, 许多容器、反应罐、
精馏塔都设置了安全阀等泄压装置, 以使当某一事
故发生时, 设备内压力达到泄放压力, 泄压装置自
动打开, 使设备压力回落, 以保护装置。防止超压
的设计首先要考虑可能引起超压的各种事故, 然后
根据产生压力大小分析此时必须的泄放流量, 但此
量是一个瞬时、不恒定、不可预见的值, 每种原因引
起超压的设备及量都是不同的。引起超压的种类
很多, 如动力(水、蒸汽、电) 的中断、火灾、自动控制
故障等, 然而不是所有情况都是同时发生的, 其量
应根据一种或某几种情况发生时来确定。在设计
时, 应将每一泄放装置对应每种事故, 以列表的形
式罗列最大泄放量, 并将有可能同时发生事故的泄
放量叠加, 找出极端值。这里要特别注意最大载荷
不是最大流量的概念, 它包括流量、温度、介质物理
性质等, 是最大流量压头损失的概念, 如在422 e 分
子量为19 的气体以10000kg/ h 的流量要比100e 分
子量为44 的气体以15000kg/ h 的流量产生更大的
压头损失、流量载荷更大。因此在罗列时一定要考
虑这些方面。最大载荷的确定很重要, 它是系统设
计的基础。在某工程中, 按上述原则确定, 正常排
放与事故态排放情况见表1。
表1 正常排放与事故排放情况
正常排放事故排放
流量, kg/ h 1350 61500
温度, e 29 217
密度, kg/ m3 11376 51 79
体积流量, m3/ h 970 106191 2
平均分子量261013 541 1
压力, kPa( A) 132 294~ 441
312 管网的设计
在火炬管网设计时, 首先要选择管径, 因为管
径一旦选定, 系统的最大背压就基本确定。尽管
由于泄放源的位置不同, 考虑流动阻力及瞬时泄
放, 管网上的每处压力不尽相同, 但可根据阻力损
2000, 10( 5) 姚 青 放空火炬系统的安全设计 1 7
X 姚 青: 工艺室副主任, 高级工程师, 1988 年毕业于华东理工大学化工工艺专业。长期从事工程设计和项目管理工作。联系电话:
(021) 64164200- 316。
失, 估算每一安全阀后的泄放背压, 这是安全阀选
型基础, 在选定总管及支管管径时应注意其压力
不能影响安全阀的正常泄放, 因为系统背压过高,
泄放装置将无法起跳, 一般的设计标准是气体在
总管网中的压降低于其上游压力的10% 。
在管网设计时, 要考虑管网的布置。为使泄
放气能畅通无阻通过火炬进行安全处理, 在火炬
总管上不应设控制阀门等设施, 以尽可能地减少
阻力降, 因为这些设施很有可能因故障失灵; 同时
管路也不能存在管袋, 且总管的坡度向总管下游
倾斜, 以防气体中蒸汽凝结堵塞或减小流通面积,
增加阻力。在某工程中, 就在释放源集中地与通
往火炬系统中间管网处设置了一台分离罐, 使二
边总管坡向此罐, 将冷凝下来的液滴及时排除, 见
图1; 因事故时不仅排出气体量大, 压力高, 同时,
具有较高的温度, 如某工程正常排气量为1350kg/
h, 温度29 e , 而在事故时排放量为正常时的40~
50 倍, 温度超过200 e , 因此为了设计安全, 一定
要考虑应力问题。可考虑自由膨胀法, 也可设置
必要的膨胀节来补偿。在此工程中, 兼用了上述
2 种方法来解决热应力问题。
图1 火炬管网
11 火炬头 21 分子封 31 消音罩 41 提升罐 51 提升罐泵
61 分离罐 71 分离罐泵 81 点火器 91 火炬筒
313 安全阀的设置
安全阀应靠近被保护设备, 以使安全阀的进
口管压力损失在允许的范围内。一般气体在此管
上的压力降不能超过设定压力的3%。通常放空
总管设置在装置区的管廊上, 有一定的高度, 而安
全阀的设置建议要高于总管, 安全阀出口管应由
上往下顺流向斜接入总管。若安全阀出口管由底
部接入, 便人为设置了管袋, 易堵塞, 使设备破坏。
4 火炬系统设计中几个安全因素的考虑
411 确保空气不漏入火炬系统
41111 火焰稳定的考虑
火炬燃烧要保持火焰的稳定性。正常稳定的
火焰焰峰应在火炬竖管的顶端, 火炬气离开火炬
头的速度与燃烧速度相适应。然而, 当气体速度
很低、气流量较小时, 也即气流速度低于燃烧速
度, 火焰焰峰有可能回入竖管内部燃烧而发生/ 回
火0; 若速度更小, 气量更低, 可能在竖管顶部发生
空气的返混, 在竖管中形成爆炸混合物。相反, 若
气体的速度过大, 火炬竖管顶端的火焰升到烧嘴
之上与空气湍流混合, 会产生/ 离焰0, 即火焰会离
开火炬头顶部一定的距离, 并发生严重的颤动。
若速度再增加, 火焰会继续往上浮, 将有火焰熄灭
的危险, 这叫/ 脱火0, 这将使大量有毒、有腐蚀、易
燃易爆的气体外溢、扩散, 不仅将会造成人员伤
亡, 污染环境, 严重的会导致爆炸、火灾。为使火
焰稳定, 设计的气体速度要控制在一定的边界区
域内, 一般为012~ 014 马赫。马赫数表示气体速
度与火炬气音速之比。火炬气音速(C) 可用下式
计算:
C= ( gkRTM- 1 ) 0.5 ( 1)
同时由下面计算公式可得火炬管的气体通截面及
火炬筒直径:
W= 3600QVAC ( 2)
式中:W 为火炬筒内排放气体质量流量, kg/ h; Q
为在操作状态下火炬筒内排放气体的平均密度,
kg/ m3( 在操作状态下火炬筒内排放气体的密度Q
可按理想气体状态方程近似求取) ;V 为操作状态
下火炬筒内排放气体的线速度, m/ s;
V= 0. 2( gkRT/M) 0. 5 ( 3)
以上各式中: g 为重力加速度, 9. 81m/ s2; k 为绝热
指数k= cp/ cv; R 为气体常数R= 848( kg/m2)m3/
kmol#K; T 为排放气体绝对温度, K;M 为排放气体
平均分子量, kg/ kmol; AC 为火炬筒( 内径) 的横截
面积,m2。
AC= (P/ 4) d2e
楼主介绍的很详细了，支持一下吧。 有道理~~ 有道理，还得仔细看看…… 谢谢楼主的分享
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