高架火炬系统的设计与计算

!针#术石油化工设计

Petrochemical Design2018,35(3) 8 ~ 12高架火炬系统的设计与计算

民

(山东三维石化工程股份有限公司北京节能环保开发中心，北京100020)

摘要：高架火炬系统是石油化工行业重要的安全设施。通过介绍中石化某石化炼油厂新建高架火炬工程设计实例，对火炬系统工艺流程设计、火炬系统主要工艺计算、火炬筒体上的主要设备及火炬点火系统等进行了阐述。重点介绍了火炬系统总管直径的计算和选取，以及火炬分液罐、火炬水封罐、火炬筒体的计算。提供了高架火炬系统设计与计算的思路和方法。

关键词！火炬排放量分液罐水封罐设计计算

doi：10. 3969/j.issn. 1005 - 8168.2018.03.003

高架火炬（以下简称火炬）主要用于处理石化 设 的废气和 性气体或 状态下的可燃性气体。的设计包 气排放管网和 置两部分。的设计内容包气总管和各分 的设计；置的设内容包 #体、分、水封罐、点设备设计。

1工程概况

中石化北京某分公司炼油厂1 〇〇〇万t/a炼 油系统改造项目新建了 5套装置，新建装置事故 气体排放量大，排放气体管道直径 ，炼油厂现有火炬设施的能力难以接纳新建5套装置 气体的 增量，且新建装置距现有火炬区较远，为保证新建装置正常生产运行及在

气体，在 新建装置区东北方向约700 m处的山上新建一座高架火炬。

2设计依据

2.1设计原则

根据各装置事故状态火炬气排放量，在满足 相关 和 要 安全环保的前 ，确 定新建 设 模。

2.2基础数据

新建5套装置包括%800万t/a常减压蒸馏I 装置、140万t/a延迟焦化装置、200万t/a加氢裂 化装置、5万m3/h制氢装置、第二套三废处理联合装置（包括6万t/a制硫装置、150 t/h污水汽提装 置及250 t/h溶剂再生装置）。各装置火炬气最大 排放量 1。

从表1可看出％停电工况是新建火炬最大排 放工况，是低压排放状态，同的装置有：加氢裂化装置202 000 kg/h;制氢装置43 000 kg/h;三废装置17 158 kg/h(酸性气）。停蒸汽工况是 高压排放最大工况，加氢裂化装置146 000 kg/h。

3工艺流程设计

新建火炬承担着炼油厂新建的加氢裂化装 置、置、减压 置 处理 合 置在 气体的 。新建 分设高、低压 气主 性 气 。

3.1主火炬系统

为保 新建 置在 气体，根据排放压力分设高、低压2条气体排放管，分 设置分 和水 。工 置在

状态下的 气送至 ，分，将 气中 的液体 分离，再通过水封罐人口进人水封罐内的水面以下，达到一定压力

收稿日期！ 2017 -09 -28。

作者简介：彭安民，男，2003年毕业于中国石油大学

(北京）储运专业，学士，工程师，主要从事石油化工设

计工作。联系电话：010 -64352961 &E-mail:pen/an-

min@

2018年第3期（第35卷)彭安民.高架火炬系统的设计与计算•9 •

后冲破水封进入火炬燃烧。分液罐分离下来的凝

至污油 。现

气进入回收气柜管网的操作压力12〜25 kPa(表）和排放气 的安全性，确定用于排放气 的最高水封高度是1500 mm;气：排放进火炬燃烧的固定水封高度是250 mm，可确保在

气体 破水 和满足火炬系统的防回火要求。根据该厂火炬气排放工 况不同切换水封实际高度。该主火炬系统原则流 程如图1所示。

表1各装置火炬气最大排放量统计

项目温度/〇C

置

压力/

k P a()分子量

量/(k g• h_1 )

开停工火灾

公工程

误操作

水电蒸汽

高压

加氢裂化装置

50 ~ 200300 ~500 4.28146 000146 000146 000146 000

低压排放

加氢裂化装置18010019.93202 000202 000202 000置

40 ~ 36010010.5519 76043 00043 000

合装置10018.1 2 07433517 158减压装置40 ~ 250100121 359 3 112

化置

2001005091 000

3.2酸性气火炬系统

三废处理联合装置的酸性气含_S，因此三 废处理联合装置的酸性气单独设置酸性气火炬系 。设置分 ，不设置水 。在 ：状态下的酸性放空气 ，进入分液罐将 气中 的液体 分 直接排性气 。

4工艺计算[1]

的设计工况，应选取系统内最大排放装置的一次最 量和同一 中置同时泄放的排放量总和中的较大值。本次新建火 炬工程主火炬系统设计规模以加氢裂化装置和制 置 工况、低压 状态下同 的总量245 000 kg/h进行设计;高压排放系统设计规 模以加氢裂化装置停蒸汽工况下排放量146 000 k//h设；酸性气 设 模以三废置低压排放状态工况排放量17 158 k//h进行 设计。，本文主要针对新建 工程主设 模，加 化 置和 置停电工况、低压 状态同时排放合计245 000 kg/h火矩气

设计计算。

• 10 •石油化工设计2018年第3期（第35卷)

c =1.11x10

=k 3 d 3

I KQT

K 2E

P

2

/4f 21(p 1 -?2T

’ ^3p 2+^ 1 000 ):

RT C (Re )2

[.30 7 x 107d3l Pl + Pl -p 2 +

f

/+

(9)(7)(8)(<) (10)

式中，C —卧式分液罐直径，

分

型式系数，取K = 1; >1

管的距离，m ;K -;K ---单流卧式

一分液罐进出口

系数，取3; E 一火炬气的液

滴沉降速度，m /s ; f s2;dr

重力加速度，取< 81 m

液滴直径，取0.000 5 m ;,—

液滴的

-操作条件下气体的密度，取 1 000 A g /m 3;,’密度，kg /m 3; C

—

液滴在气体中的阻力系数;

+—

气体动力粘度，取0.008 3 x 103 P + • s 。在气体中的阻力系数计算列线见图2。

图2

液滴在气体中的阻力系数计算列线

经过计算，根据公式（9)求出=0;5 k / m 3;根据公式（10)求出C (Re )2 = 17 773,再由图2 查出C =0.9;然后根据公式（8)计算出E = 3.11 m/s ;根据公式(6)计算出C = 3. 53 m ;再根据公 式(7)计算出>1=10. 6 m 。经圆整和考虑工艺设 备配管需要得C =4 m ，>1 =12 m 。4.3火炬水封罐

针对该厂新建装置停电事故低压火炬气排放 量大且

量

的实际情况，为更好的满足排

放气的油水分离和气液分离，该工程

气系统

挡液板的卧式水 。带挡板的卧式水直径按

式

％

4.1排放气总管直径

排放气管网直径的选取应满足生产装置经安 全 的气

在

力

水封

破水封。在此主要叙述

气总管的计

，

气分

同理可参照。

1中排放气的排放压力，依据SH

3009—2001《石油化工企业燃料气系统和可燃性 气体

设 》[1]， 气道阻力降按

式计算％

:

0.6+TQ 2

>

~

d5

R @ 68、0.2

+

0.11(7+?)Re =

dup 2/=

a = Q /(3 600(d 2/4),=1 000):/(r t )

式中，：---起点压力，取200 kPa (绝）;：----终点压力，AP + (绝）； >一一管道计算长度，取700 m ;M —一水利摩擦系数(无因次）；"一一气体密度 与空气密度的比值，取0.63; T

一一操作条件下的 气体温度，取453.15 K ; Q —一标准状态下气体体 积流量，取321 396. 959 m 3/h ; d

—管子内径，cm ;

Ra ---管内壁绝对粗|造度，取

0. 02 cm ;

Re 一一雷诺数;,

一一操作条件下气体的密度，

k /m 3; b ---气体动力粘度，取0. 008 3 x 103 Pa •

s ;u —气体流速，m /s ;)—

气体相对分子量，

取 18.28 ;R —气体常数，8 314 N • m /(k / • K ) (下同）。

气总 直径

1 000 mm ，

公

式(4)求出u = 113.7 m /s ;根据公式(5)求出,= 0.97 m /s ;根据公式（3)求出Re = 13 287 831;再根 据公式(2)求出M = 0. 013 ;代入式（1)

:=

154 kPa (绝），该值远大于250 mm 水封高度为 102.45 kPa (绝）。选择DN 1000火炬排放气总管 满足排放气轻松突破水封。因此， 气总

管直径确定是DN 1000。4.2

火炬分液罐

分液罐主要功能是分离排放气中直径300〜 600 )m 的液滴。本新建火炬工程排放气系统采

流卧式分 ，单流式分

尺寸

公 式如下％

(2)(3)

⑷

(5

)