高架火炬與地面火炬的比較

石大一員

高架火炬與地面火炬的比較
劉書華* 廣東寰球廣業工程有限公司廣州510655
摘要介紹高架火炬與地面火炬的特點，分別從安全、環保、占地、投資成本等方面對高架火炬和地面
火炬進行分析對比。
關鍵詞高架火炬地面火炬比較
近年來隨著國外生產工藝的引進，石化企業
的總體布置呈現大型化、集中化趨勢，作為事故
泄放系統必不可少的一部分，火炬系統也有了很
大的變化，從原先只有高架火炬到現在與地面火
炬共同發展。其中地面火炬由于維護方便，安全、
環保性較好，在國外已得到廣泛運用。火炬按照
燃燒器離地面高低可分為地面火炬和高架火炬。
本文通過工程實例，從適應性、安全可靠性、環
保、投資與維修等方面對火炬的選擇進行詳細的
分析比較。
1 地面火炬與高架火炬
1. 1 地面火炬
地面火炬由地面燃燒爐、地面燃燒爐支柱、
地面燃燒器、防風消音墻、分級燃燒系統以及長
明燈自動點火裝置、安全措施、控制系統、放空
氣系統所組成。火炬氣的燃燒是在圓柱形地面燃
燒爐的本體內完成。燃燒過程封閉，外界看不見
火光，沒有光污染，低熱輻射。圓柱形地面燃燒
爐內設有一定數量的、特殊結構的地面燃燒器。
地面燃燒器采用梅花形多孔結構，可將大股火炬
氣分成許多小股，以利其和空氣的混合，增加與
空氣的接觸面積，達到無煙燃燒。空氣與火炬氣
的混合主要是依靠火炬氣自身的壓力和特殊設計
的燃燒器完成。
梅花形多孔燃燒器在圓柱形地面燃燒爐內呈
幾何均勻布置，以充分利用空氣。為適應不同工
況和火炬氣流量變化的要求，地面火炬設施采用
分級燃燒、自動分級控制。即根據排放量大小、
事故排放等不同情況將地面燃燒器分成若干組而
形成多級燃燒系統。每級燃燒系統通過火炬氣的
壓力來控制，利用緊閉切斷蝶閥的開關來達到分
級燃燒的目的，通過使用防爆膜旁路以確保安全。
在多級燃燒系統中，只有第一級燃燒系統常
開，當火炬氣壓力足夠大從而可以保證地面燃燒
器的熱負荷，獲得很好的消煙效果時，后續幾級
地面燃燒器才會自動逐級打開，以適應不同的排
放流量。
地面火炬處理量比高架火炬小，不能燃燒有
毒氣體。
1. 2 高架火炬
高架火炬由自控系統、點火系統、鋼結構支
撐以及一個直立上升管道組成。火焰遠離地面，
在頂端遠程自動點火燃燒。高空燃燒塔可調整其
高度，從最低5m 到最高200m。火炬頭部配有長
明燈，長明燈經點火器點燃后將一直燃燒，當排
放氣到達火炬頭部時，立即被長明燈點燃。火炬
頭安裝在火炬塔頂端，這樣能減少對環境的輻射
和減少毒性擴散范圍。三種常見的火炬塔支撐方
式如下。
1. 2. 1 自支撐式
自支撐式火炬塔雖是最常見的，然而價格卻
是最貴的，因為在各種預期的條件( 風、地震以
及諸如此類) 下，需要大量的材料保證結構的完
整性，需要足夠大的區域用于基礎設施和滿足地
面熱輻射安全高度，一般限制( 經濟地對比選擇)
火炬塔高在60. 96m ～ 92. 04m 之間。其結構見圖1
( a) 。
1. 2. 2 繃繩支撐式
這種方式最便宜但要求的區域最大，這是由
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* 劉書華: 工程師。2003 年畢業于沈陽化工學院化學工程與工藝專業。從事化工工藝設計工作。聯系電話: ( 020) 38042281，E －
mail: Liushuhua@ hqcec. com。
2012，22( 3) 劉書華高架火炬與地面火炬的比較
于繃繩的半徑所要求的。典型的繃繩半徑等于火
炬臂總高的一半。已經使用的繃繩支撐式火炬塔
的高度在187. 08m ～ 245. 44m 之間。其結構見圖1
( b) 。
1. 2. 3 塔式支撐
僅僅用于較大火炬塔且自支撐式無法實現，
或可使用的區域排除了使用繃繩設計的可能。其
結構見圖1 ( c) 。
( a) 自支撐式結構( b) 繃繩支撐式結構( c) 塔式支撐結構
圖1 高架火炬結構
2 項目的適應性
2. 1 火炬氣排放條件
本項目火炬氣最大排放量為高壓8. 2t /h，低壓
12t /h，火炬氣組成為丙烷。由于考慮到為二期
LNG 工程預留，因此本項目選擇的火炬最大排放
量為40. 2t /h，火炬氣組成為丙烷、甲烷和少量的
乙烷。由于本項目火炬氣排放量較小且無毒，從
火炬氣排放條件來看，地面火炬和高架火炬都能
滿足本項目的要求。
2. 2 設備布置要求
該工程主要有2 個43000m3 的C3 儲罐和1 個
43542m3 的C4 儲罐，另有球罐區等，本項目用地
緊張，只有西北角可以設置火炬，根據火炬廠商
技術文件，地面火炬與高架火炬的占地面積差不
多，占地面積大約為26m × 18m，從占地面積來
看，地面火炬和高架火炬都能滿足本項目的要求。
2. 3 防火間距要求
石油化工企業設計防火規范( GB 50160 －
2008) 中提到: 封閉式地面火炬的設置按明火設
備考慮。高架火炬的防火間距應根據人或設備允
許的輻射熱強度計算確定，對可能攜帶可燃液體
的高架火炬的防火距離不應小于表4. 2. 12 的
規定［1］。
該項目火炬設置地點與容積為43542m3 的C4
儲罐相鄰，火炬燃燒爐邊界與C4 儲罐外壁距離約
為84m。從表4. 2. 12 可查得，地面火炬防火間距
要求為70m，高架火炬防火間距要求為90 m。從
設備布置防火間距要求來看，地面火炬滿足本項
目要求，高架火炬不能滿足。
3 安全、可靠性分析
地面火炬的缺點是開啟過早會產生回火現象，
開啟過晚會造成憋壓。當火炬非正常工作時，有
潛在蒸氣云聚集的危險。因此地面火炬系統通常
包括特殊的安全監控、保護系統以及防回火措施。
3. 1 安全防回火、憋壓措施
地面火炬各放空系統的一級燃燒系統管線上
均設有阻火器，保證設施安全。排放氣管道上設
有氮氣吹掃口，以維持排放管道的微正壓，防止
空氣倒流產生回火事故。
嚴格控制每一級放空氣管路開啟時間和速度。
在每個放空系統上均設置兩只壓力變送器，其讀
數精度不同，可保證每一級都能得到準確的反饋
信號，從而保證每一級都能在適當的情況下打開
并正常放空。同時雙重信號檢測也為安全生產提
供了可靠的保證。
3. 2 自動點火系統
地面火炬內設置三套高效節能型長明燈。長
明燈采用引射技術，不但燃料耗量小，而且燃燒
充分，火焰剛性好，不受惡劣氣候影響，能抵御
十二級大風及暴風雨雪，保證長明燈的運行可靠

動力火車

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