高架火炬与地面火炬的比较

石大一员

高架火炬与地面火炬的比较
刘书华* 广东寰球广业工程有限公司广州510655
摘要介绍高架火炬与地面火炬的特点，分别从安全、环保、占地、投资成本等方面对高架火炬和地面
火炬进行分析对比。
关键词高架火炬地面火炬比较
近年来随着国外生产工艺的引进，石化企业
的总体布置呈现大型化、集中化趋势，作为事故
泄放系统必不可少的一部分，火炬系统也有了很
大的变化，从原先只有高架火炬到现在与地面火
炬共同发展。其中地面火炬由于维护方便，安全、
环保性较好，在国外已得到广泛运用。火炬按照
燃烧器离地面高低可分为地面火炬和高架火炬。
本文通过工程实例，从适应性、安全可靠性、环
保、投资与维修等方面对火炬的选择进行详细的
分析比较。
1 地面火炬与高架火炬
1. 1 地面火炬
地面火炬由地面燃烧炉、地面燃烧炉支柱、
地面燃烧器、防风消音墙、分级燃烧系统以及长
明灯自动点火装置、安全措施、控制系统、放空
气系统所组成。火炬气的燃烧是在圆柱形地面燃
烧炉的本体内完成。燃烧过程封闭，外界看不见
火光，没有光污染，低热辐射。圆柱形地面燃烧
炉内设有一定数量的、特殊结构的地面燃烧器。
地面燃烧器采用梅花形多孔结构，可将大股火炬
气分成许多小股，以利其和空气的混合，增加与
空气的接触面积，达到无烟燃烧。空气与火炬气
的混合主要是依靠火炬气自身的压力和特殊设计
的燃烧器完成。
梅花形多孔燃烧器在圆柱形地面燃烧炉内呈
几何均匀布置，以充分利用空气。为适应不同工
况和火炬气流量变化的要求，地面火炬设施采用
分级燃烧、自动分级控制。即根据排放量大小、
事故排放等不同情况将地面燃烧器分成若干组而
形成多级燃烧系统。每级燃烧系统通过火炬气的
压力来控制，利用紧闭切断蝶阀的开关来达到分
级燃烧的目的，通过使用防爆膜旁路以确保安全。
在多级燃烧系统中，只有第一级燃烧系统常
开，当火炬气压力足够大从而可以保证地面燃烧
器的热负荷，获得很好的消烟效果时，后续几级
地面燃烧器才会自动逐级打开，以适应不同的排
放流量。
地面火炬处理量比高架火炬小，不能燃烧有
毒气体。
1. 2 高架火炬
高架火炬由自控系统、点火系统、钢结构支
撑以及一个直立上升管道组成。火焰远离地面，
在顶端远程自动点火燃烧。高空燃烧塔可调整其
高度，从最低5m 到最高200m。火炬头部配有长
明灯，长明灯经点火器点燃后将一直燃烧，当排
放气到达火炬头部时，立即被长明灯点燃。火炬
头安装在火炬塔顶端，这样能减少对环境的辐射
和减少毒性扩散范围。三种常见的火炬塔支撑方
式如下。
1. 2. 1 自支撑式
自支撑式火炬塔虽是最常见的，然而价格却
是最贵的，因为在各种预期的条件( 风、地震以
及诸如此类) 下，需要大量的材料保证结构的完
整性，需要足够大的区域用于基础设施和满足地
面热辐射安全高度，一般限制( 经济地对比选择)
火炬塔高在60. 96m ～ 92. 04m 之间。其结构见图1
( a) 。
1. 2. 2 绷绳支撑式
这种方式最便宜但要求的区域最大，这是由
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* 刘书华: 工程师。2003 年毕业于沈阳化工学院化学工程与工艺专业。从事化工工艺设计工作。联系电话: ( 020) 38042281，E －
mail: Liushuhua@ hqcec. com。
2012，22( 3) 刘书华高架火炬与地面火炬的比较
于绷绳的半径所要求的。典型的绷绳半径等于火
炬臂总高的一半。已经使用的绷绳支撑式火炬塔
的高度在187. 08m ～ 245. 44m 之间。其结构见图1
( b) 。
1. 2. 3 塔式支撑
仅仅用于较大火炬塔且自支撑式无法实现，
或可使用的区域排除了使用绷绳设计的可能。其
结构见图1 ( c) 。
( a) 自支撑式结构( b) 绷绳支撑式结构( c) 塔式支撑结构
图1 高架火炬结构
2 项目的适应性
2. 1 火炬气排放条件
本项目火炬气最大排放量为高压8. 2t /h，低压
12t /h，火炬气组成为丙烷。由于考虑到为二期
LNG 工程预留，因此本项目选择的火炬最大排放
量为40. 2t /h，火炬气组成为丙烷、甲烷和少量的
乙烷。由于本项目火炬气排放量较小且无毒，从
火炬气排放条件来看，地面火炬和高架火炬都能
满足本项目的要求。
2. 2 设备布置要求
该工程主要有2 个43000m3 的C3 储罐和1 个
43542m3 的C4 储罐，另有球罐区等，本项目用地
紧张，只有西北角可以设置火炬，根据火炬厂商
技术文件，地面火炬与高架火炬的占地面积差不
多，占地面积大约为26m × 18m，从占地面积来
看，地面火炬和高架火炬都能满足本项目的要求。
2. 3 防火间距要求
石油化工企业设计防火规范( GB 50160 －
2008) 中提到: 封闭式地面火炬的设置按明火设
备考虑。高架火炬的防火间距应根据人或设备允
许的辐射热强度计算确定，对可能携带可燃液体
的高架火炬的防火距离不应小于表4. 2. 12 的
规定［1］。
该项目火炬设置地点与容积为43542m3 的C4
储罐相邻，火炬燃烧炉边界与C4 储罐外壁距离约
为84m。从表4. 2. 12 可查得，地面火炬防火间距
要求为70m，高架火炬防火间距要求为90 m。从
设备布置防火间距要求来看，地面火炬满足本项
目要求，高架火炬不能满足。
3 安全、可靠性分析
地面火炬的缺点是开启过早会产生回火现象，
开启过晚会造成憋压。当火炬非正常工作时，有
潜在蒸气云聚集的危险。因此地面火炬系统通常
包括特殊的安全监控、保护系统以及防回火措施。
3. 1 安全防回火、憋压措施
地面火炬各放空系统的一级燃烧系统管线上
均设有阻火器，保证设施安全。排放气管道上设
有氮气吹扫口，以维持排放管道的微正压，防止
空气倒流产生回火事故。
严格控制每一级放空气管路开启时间和速度。
在每个放空系统上均设置两只压力变送器，其读
数精度不同，可保证每一级都能得到准确的反馈
信号，从而保证每一级都能在适当的情况下打开
并正常放空。同时双重信号检测也为安全生产提
供了可靠的保证。
3. 2 自动点火系统
地面火炬内设置三套高效节能型长明灯。长
明灯采用引射技术，不但燃料耗量小，而且燃烧
充分，火焰刚性好，不受恶劣气候影响，能抵御
十二级大风及暴风雨雪，保证长明灯的运行可靠

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