火炬分液罐工艺设计及计算

火炬分液罐工艺设计及计算
在放空系统中，火炬分液罐设置在火炬前端，去除放空天然气中夹带的凝液，以减少放空总管中的凝液量，避免液滴被带至火炬头，形成火雨。

本文主要介绍火炬分液罐的分类、工艺仪表流程图的设计及火炬分液罐的计算方法，为设计选型提供依据。

标签：分液罐；分类；工艺设计
1 设置火炬分液罐的目的
站场设备及管线的放空天然气排放至火炬系统，若含有凝液，燃烧后会形成火雨，易引发安全事故。

因此需要在火炬前设置分液罐，将放空天然气中的液滴分离出来，保证火炬的安全运行。

2 火炬分液罐的分类
2.1 卧式分液罐
卧式分液罐分为单流式卧式分液罐和双流式卧式分液罐两种。

单流式：只有一个进气口和一个排气口；双流式：有两个进气口和一个排气口。

双流式卧式分液罐的结构形式可以减少罐体直径，但是却增加了罐体的长度，对于直径超过3.6 m或者流量大的可以考虑这种结构。

2.2 立式分液罐
立式分液罐设置一个进气口和一个排气口，气体进口设在立式罐的侧面，出口设在立式罐的顶部，入口处一般加挡板使气体向下方流动，有利于液滴的沉降。

3 工艺流程设计
放空天然气进入火炬分液罐对凝液分离，达到外输要求后通过排气管道输送至火炬。

进出火炬罐的管线需考虑坡度要求（坡度不小于2‰），要有必要的温压指示和取样分析。

分液罐一般设有就地和远传的液位指示，高低液位报警；压力指示就地和远传仪表，高低压报警；温度测量的就地和远传仪表。

罐内液体需设置泵移走（一般两台，一用一备），可以手动启停泵，或通过液位控制连锁启泵，低液位自动停泵。

根据气候条件和分离罐内液体的物性，在冬天或者平常也可使用加热器加热以蒸发其中的易挥发成分。

内部蒸汽盘管可实现这一目的，但要确保蒸发的物质在罐内不凝结，不会在火炬总管凝固，不会在分液罐下游堆积。

火炬分液罐的工艺仪表流程图的设计见图1。

4 设计技术要求
①分液罐的分离能力应能分离出排放气体中直径600um的液滴；
②分液罐应设置进气管、排气管、排除凝液管、手动排污管、人孔、爬梯、平台，分液罐罐体应设液位计、温度计、压力表以及高低压、高低液位报警；
③需要设置完善的液体收集输送措施，可采用泵送或者燃料气气压送。

采用泵送时，应考虑停电时的备用电源，宜人工启泵，并设低液位连锁停泵；
④分液罐的容积应为气液分离器所需的容积和火炬气连续排放20～30min 所产生凝结液所需的容积之和；
⑤分液罐的设计压力不得低于350kPa，外压不得小于30kPa；
⑥如果排放的物料温度低或者粘稠，以及气温较低的情况下，可能出现冻结情况，需考虑加热及保温措施。

5 设计参数
计算前要清楚装置开工、停工和计划内中、小修时，产生可燃性排放气体的组成、温度、压力、最大排放量和持续时间、波动范围及最大允许背压等。

其中进入分液罐的最大排放量应选取系统内的最大排放装置的一次最大排放量和同一事故中几个装置同时泄放的排放量总和中较大值。

6 工艺计算
当液滴在分液罐中停留的时间大于或等于液滴沉降时间，并且气速低至允许液滴沉降，液滴便分离出来。

确定了火炬系统的最大排放量之后，可根据此最大排放量，按有关公式来计算需要的分液罐尺寸。

6.1 卧式分液罐
6.1.1 工艺条件
①能分离出气体中直径600um的液滴；
②卧式分液罐内最高液面上分气体流动的截面积应大于或等于入口管道横截面积的3倍。

6.1.2 计算公式
卧式分液罐的直径按式1通过试算确定，当满足Dsk≤Dk时，假定的Dk即为卧式分液罐的直径。

a=1.8506b5-4.6265b4+4.7628b3-2.5177b2+1.4714b+ 0.0297（式6.1.2-5）
式中：
Dsk——试算的卧式分液罐直径，（m）；
a——罐内液面高度与罐直径比值；
qv——入口气体流量，（Nm3/h）；
b——罐内液体截面积与罐总截面积比值；
p——操作条件下的气体压力（绝压），（kPa）
φ——系数，宜取2.5～3.0；
Uc——液滴沉降速度，（m/s）；
Lk——气体入口至出口的距离，（m）；
Dk——假定的分液罐直径，（m）；
g——重力加速度，取9.81m/s2；
d1——液滴直径，（m）；
ρl——操作条件下的液滴的密度，（kg/m3）；
ρv——操作条件下的气体密度，（kg/m3）；
C——液滴在气体中的阻力系数。

ql——分液罐内储存的凝结液量，（m3）
R——气体常数，取8314，（N.m/kg.K）；
计算公式中的C值查询步骤如下：
①通过（式6.1.2-5）计算C（Re）2：
式中：
μ——气体粘度（MPa.s（cP））。

②根据计算出的C（Re）2在液滴在气体中的阻力系数计算列线图（图2）上查出C值。

6.1.3 卧式分液罐直径的合核算
计算出卧式分液罐的直径后，应按照下式进行核算：
卧式分液罐直径≥1.13
式中：
q——操作狀态下入口气体体积流量，（m3/s）；
Vc——卧式分液罐内气体水平流动的临界流速，（m /s）；其值查图3。

6.1.4 集液包的尺寸
①集液包直径宜为500mm～800mm，不宜大于分液罐直径的1/3，但不宜小于300mm；
②集液包高度不宜小于500mm。

6.2 立式分液罐
6.2.1工艺条件
①能分离出气体中直径600um的液滴；
②气相空间的高度大于等于分液罐内径，且不小于1m；最高液位距离入口管底应大于等于入口管直径，且不小于300mm。

6.2.2 计算公式
6.3 两种结构形式的比较
分液罐的经济成本会影响水平罐还是立式罐的选择，如果气体流量大且分离的液体量多，选择卧式罐比较经济；如果用地有限或者液体负荷小，一般采用立式罐。

因此，应在综合考虑分离的气量、占地面积以及工程投资基础上对分液罐的进行选择。

参考文献：
[1] SH 3009-2013，油化工可燃性气体排放系统设计规范[S].北京：共和国工业和信息化部，2013.。