火炬计算的参数分析_弥勇

小水

摘要通过对化工装置中火炬的计算， 分析了火炬计算中影响高空火炬高度和直径的主
要参数；对国内目前应用较少的地面火炬的计算进行了初步探讨。结果表明，影响火炬计
算结果的最主要的因素为火炬气流量以及人为规定的热辐射强度等， 在排放量为200 t/h、
热辐射强度为1.58 kW/m2 要求下，高空火炬烟囱直径和高度分别约为0.82 m 和60 m；地
面火炬的安全距离必须大于30.3 m。
关键词火炬；高度；热辐射强度；安全距离
中图分类号TQ052.73 文献标识码B DOI 10.3969/j.issn.1006-6829.2010.02.015
火炬适用于处理石油化工厂、炼油厂发生事故
时或者正常生产排放大量易燃、有毒、有腐蚀性的气
体时的设计。火炬系统通常由分离罐、密封罐和火炬
筒体等组成。按照燃烧器是否远离地面，型式可以分
为高空火炬和地面火炬[1]。
环保的要求使得化工装置中对环境有危害的排
放气的排放更加的严格， 相应的规模扩大意味着火
炬设计需要不断的完善。
在熄灭火炬、回收燃气、减少火炬数量等方面，
国内相关设计者已经作了很多的工作。本文针对火
炬计算中的相关步骤， 对影响火炬计算结果的相关
参数进行严格地比较分析[2]。
1 高空火炬
高空火炬燃烧器远离地面， 采用竖立的火炬筒
体将燃烧器（火炬头）高架于空中，火炬气通过筒体
进入燃烧器，然后进入大气。当火炬设计处理量高于
30 t/h 时，采用高空火炬（减少地面热辐射强度，有
利于热量扩散）。
现行的火炬计算执行标准有SH 3009—2001
和HG/T 20570—95，2 者的基本原理是一致的，本
文采用HG/T 20570—95 进行火炬的计算[3-4]。
计算实例参数： 均取排放到火炬的气体的最大
值。火炬气的排放量为200 t/h，平均相对分子质量
为20，温度为180 ℃，绝热指数为1，热值为8 kJ/
kg，火炬顶部内侧压力为103 kPa。当地年平均风速
为30 m/s。
1.1 烟囱直径
马赫数的选取：按照事故紧急排放考虑，取值为
0.5 以下。本文考虑取值0.45。
烟囱直径的计算公式如下[3]：
( 0.116 1qm
p*Mach
T
姨kM )
12
。
式中，qm
为火炬气排放质量流量，p 为火炬顶部
内侧火炬气的压力，Mach 为马赫数，M 为火炬气的
平均相对分子质量，T 为火炬气温度，k 为火炬气的
绝热指数。该计算公式中，可以看出，对火炬烟囱直
径影响最大的为火炬气的质量流量。
按前文中给出的数据计算可得， 火炬烟囱直径
大约为0.813 8 m，圆整后为0.82 m。
根据不同的体积流量下的烟囱直径， 可以得到
近似的线性关系，如图1 所示。
图1 火炬气流量与火炬烟囱直径的线性关系
Fig 1 Relationship of flare gas flow and flare chimney diameter
180 200 220 240 260 280 300
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0

/m
q/
th



·49·
0 2 4 6 8 10 12 14 16
0
10
20
30
40
50
60
70

/m
/
kW
m



随着化工装置中， 工艺的不断更新以及燃料气
的回收利用， 排放到火炬中的气体相比落后工艺中
的排放已经减少。再者，火炬烟囱直径的持续增大，
带来的只是装置成本的增大。
1.2 火焰长度
火焰长度根据火炬气的燃烧热量查表得到。火
炬气的燃烧热量计算公式为：
Q=hqm。
其中，h 为火炬气的质量焓。本文中，查表得到
的火焰长度为45 m。根据不同的质量流量得到不同
的火焰长度，其线性关系如图2。
图2 火炬气质量流量与火焰长度的线性关系
Fig 2 Relationship of flare gas flow and flare length
1.3 烟囱高度
火炬烟囱高度的计算公式如下：
H= D2 -(R-△X
2 )2 姨式中，R 为无障碍区域半径，D 为火焰中心到地
面边界的距离；△X 和△Y 分别为火焰横向和纵向
偏距，可由查表得到。本例中得到的火炬高度为60
m（热辐射强度为1.58 kW/m2）。
在火炬高度的计算过程中， 需要人为决定的关
键性参数为最大热辐射强度， 该参数直接影响着火
焰中心到地面边界的距离， 也就是影响着在安全距
离之内人员可操作的时间等因素。
化工对热辐射强度一般规定如表1 所示。
表1 中规定的数值已经考虑了当地的太阳热辐
射强度。
不同的热辐射强度直接影响着火炬烟囱的高
度，本文中，根据不同的热辐射强度计算得到的火炬
烟囱高度是不同的， 根据其相应关系得到如图3 所
示的关系图。
图3 热辐射强度与火炬烟囱高度的关系
Fig 3 Relationship of heat radiation intensity and flare
chimney hight
由图3 可以看出，随着热辐射强度的不断增加，
火炬烟囱高度是不断降低的。其原因是因为随着热
辐射强度的增大， 操作人员在此的操作时间不断减
少，甚至不允许其进入。
高空火炬虽然计算、设计等在国内比较完善，但
是在安全和环保方面存在很多的问题：噪音大、燃烧
不完全（无法保证大量火炬气在瞬间内完全燃烧，从
而形成黑烟， 尤其是在事故紧急排放时情况更加严
重，对环境产生严重的污染）、火焰光污染、火炬点火
困难、处理负荷范围小、较高的运行费用、维护困难
以及占地面积较大。相比之下，地面火炬具有很好的
优势（噪音低、运行费用低、维护简便等）。
2 地面火炬
地面火炬燃烧器位于地面以下。当火炬设计排
放量较小，一般低于30 t/h 时，而且要考虑光和噪音
的干扰时，采用地面火炬。

wuhappy007

不错！

动力火车

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3088

谢谢楼主的分享。呵呵