炼油火炬系统水封安全设计与运行研究_赵广明

大山

摘要: 水封作为炼油火炬系统防止回火爆炸的重要安全设施，需要考虑水封罐的设计
压力、水封量和水封高度。采用数值模拟技术，模拟计算水封罐典型气体爆炸，提出水封罐
的设计压力，并通过建立水封高度的计算模型，得出水封高度与气体种类、火炬筒体和环境
温度的关系，提出水封高度的设计原则。
关键词: 火炬系统水封水封罐设计压力水封高度计算模型
火炬系统是炼油厂重要的安全环保设施，主
要用于处理工艺装置在开停工和停电、停水、停
汽、火灾等事故状态下排放的可燃气体［1］。随着
炼油装置规模日益大型化，紧急情况下进入火炬
系统的燃料气量大幅度提高，炼油火炬系统运行
风险加大。目前炼油企业多采用高架火炬，如果
空气从火炬头进入火炬筒体或泄放管网，与筒体
或管网内存在的可燃气体混合，就会形成爆炸性
混合气体，遇点火源极易发生回火或爆炸。为了
防止空气进入火炬系统而产生回火或爆炸危险，
火炬系统常设有火炬气密封系统，包括水( 液) 封
和气体密封［2］。水封是在火炬筒体前的火炬气总
管上设水封罐，防止气体反窜进入火炬气管网，
从而起到保护火炬气泄放管网和上游设备的作
用。气体密封是用一定量的吹扫气通过火炬，使
火炬在无火炬气排放时维持正压，防止空气从火
炬头进入火炬筒体，常在火炬筒体顶部设置气体
密封器以便减少吹扫气体用量。近年来火炬系统
因防回火设施故障，频繁发生回火爆炸事故:
2002 年某炼油企业因火炬分子密封器腐蚀穿孔，
空气进入火炬筒体内引发闪爆［3］; 2008 年4 月某
炼油企业在进行柴油加氢装置紧急泄压试验时，
发生火炬系统回火爆炸事故，造成水封罐损
坏［4］; 2008 年6 月某石化企业因分子封设备质量
引起火炬堵塞，造成装置停车时憋压，最终导致
裂解炉裂解气管线发生火灾事故。
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，此外由于炼油系统装置种类多，排放
气体组成复杂，不同的排放气体所要求的水封高
度也应该是不同的。以下将对火炬系统中水封罐
的设计压力和水封高度的安全设计进行探讨。
1 水封罐设计压力
水封罐的设计应采用本质安全设计，即水封
罐的安全设计压力需要考虑受限空间气体爆炸产
生的最大压力，保障容器内气体爆炸不破坏水封
罐。目前对受限空间气体爆炸，主要采用实验和
数值模拟方法。实验研究为分析气体爆炸所产生
的破坏效应和威力提供了有用的信息，但实验
研究耗资大，时间长。随着计算流体力学的飞
速发展，数值模拟方法越来越多地用来求解气
体爆炸问题。国外的多家研究机构在气体爆炸
的数值模拟方面进行了较深入的研究［5，6］，并开
发了许多工具，如CFX、FLACS 和AutoReaGas
等，其中FLACS 是由挪威的GEXCON ( CMR/
CMI) 公司研发的气体爆炸软件，它采用基于笛
卡尔网格的有限体积法，提供湍流模型、燃烧
模型等多种模型，能够模拟各种情况的气体爆

动力火车

谢谢楼主的分享