火炬計算的參數分析_彌勇

小水

摘要通過對化工裝置中火炬的計算， 分析了火炬計算中影響高空火炬高度和直徑的主
要參數；對國內目前應用較少的地面火炬的計算進行了初步探討。結果表明，影響火炬計
算結果的最主要的因素為火炬氣流量以及人為規定的熱輻射強度等， 在排放量為200 t/h、
熱輻射強度為1.58 kW/m2 要求下，高空火炬煙囪直徑和高度分別約為0.82 m 和60 m；地
面火炬的安全距離必須大于30.3 m。
關鍵詞火炬；高度；熱輻射強度；安全距離
中圖分類號TQ052.73 文獻標識碼B DOI 10.3969/j.issn.1006-6829.2010.02.015
火炬適用于處理石油化工廠、煉油廠發生事故
時或者正常生產排放大量易燃、有毒、有腐蝕性的氣
體時的設計。火炬系統通常由分離罐、密封罐和火炬
筒體等組成。按照燃燒器是否遠離地面，型式可以分
為高空火炬和地面火炬[1]。
環保的要求使得化工裝置中對環境有危害的排
放氣的排放更加的嚴格， 相應的規模擴大意味著火
炬設計需要不斷的完善。
在熄滅火炬、回收燃氣、減少火炬數量等方面，
國內相關設計者已經作了很多的工作。本文針對火
炬計算中的相關步驟， 對影響火炬計算結果的相關
參數進行嚴格地比較分析[2]。
1 高空火炬
高空火炬燃燒器遠離地面， 采用豎立的火炬筒
體將燃燒器（火炬頭）高架于空中，火炬氣通過筒體
進入燃燒器，然后進入大氣。當火炬設計處理量高于
30 t/h 時，采用高空火炬（減少地面熱輻射強度，有
利于熱量擴散）。
現行的火炬計算執行標準有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 進行火炬的計算[3-4]。
計算實例參數： 均取排放到火炬的氣體的最大
值。火炬氣的排放量為200 t/h，平均相對分子質量
為20，溫度為180 ℃，絕熱指數為1，熱值為8 kJ/
kg，火炬頂部內側壓力為103 kPa。當地年平均風速
為30 m/s。
1.1 煙囪直徑
馬赫數的選取：按照事故緊急排放考慮，取值為
0.5 以下。本文考慮取值0.45。
煙囪直徑的計算公式如下[3]：
( 0.116 1qm
p*Mach
T
姨kM )
12
。
式中，qm
為火炬氣排放質量流量，p 為火炬頂部
內側火炬氣的壓力，Mach 為馬赫數，M 為火炬氣的
平均相對分子質量，T 為火炬氣溫度，k 為火炬氣的
絕熱指數。該計算公式中，可以看出，對火炬煙囪直
徑影響最大的為火炬氣的質量流量。
按前文中給出的數據計算可得， 火炬煙囪直徑
大約為0.813 8 m，圓整后為0.82 m。
根據不同的體積流量下的煙囪直徑， 可以得到
近似的線性關系，如圖1 所示。
圖1 火炬氣流量與火炬煙囪直徑的線性關系
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



隨著化工裝置中， 工藝的不斷更新以及燃料氣
的回收利用， 排放到火炬中的氣體相比落后工藝中
的排放已經減少。再者，火炬煙囪直徑的持續增大，
帶來的只是裝置成本的增大。
1.2 火焰長度
火焰長度根據火炬氣的燃燒熱量查表得到。火
炬氣的燃燒熱量計算公式為：
Q=hqm。
其中，h 為火炬氣的質量焓。本文中，查表得到
的火焰長度為45 m。根據不同的質量流量得到不同
的火焰長度，其線性關系如圖2。
圖2 火炬氣質量流量與火焰長度的線性關系
Fig 2 Relationship of flare gas flow and flare length
1.3 煙囪高度
火炬煙囪高度的計算公式如下：
H= D2 -(R-△X
2 )2 姨式中，R 為無障礙區域半徑，D 為火焰中心到地
面邊界的距離；△X 和△Y 分別為火焰橫向和縱向
偏距，可由查表得到。本例中得到的火炬高度為60
m（熱輻射強度為1.58 kW/m2）。
在火炬高度的計算過程中， 需要人為決定的關
鍵性參數為最大熱輻射強度， 該參數直接影響著火
焰中心到地面邊界的距離， 也就是影響著在安全距
離之內人員可操作的時間等因素。
化工對熱輻射強度一般規定如表1 所示。
表1 中規定的數值已經考慮了當地的太陽熱輻
射強度。
不同的熱輻射強度直接影響著火炬煙囪的高
度，本文中，根據不同的熱輻射強度計算得到的火炬
煙囪高度是不同的， 根據其相應關系得到如圖3 所
示的關系圖。
圖3 熱輻射強度與火炬煙囪高度的關系
Fig 3 Relationship of heat radiation intensity and flare
chimney hight
由圖3 可以看出，隨著熱輻射強度的不斷增加，
火炬煙囪高度是不斷降低的。其原因是因為隨著熱
輻射強度的增大， 操作人員在此的操作時間不斷減
少，甚至不允許其進入。
高空火炬雖然計算、設計等在國內比較完善，但
是在安全和環保方面存在很多的問題：噪音大、燃燒
不完全（無法保證大量火炬氣在瞬間內完全燃燒，從
而形成黑煙， 尤其是在事故緊急排放時情況更加嚴
重，對環境產生嚴重的污染）、火焰光污染、火炬點火
困難、處理負荷范圍小、較高的運行費用、維護困難
以及占地面積較大。相比之下，地面火炬具有很好的
優勢（噪音低、運行費用低、維護簡便等）。
2 地面火炬
地面火炬燃燒器位于地面以下。當火炬設計排
放量較小，一般低于30 t/h 時，而且要考慮光和噪音
的干擾時，采用地面火炬。

wuhappy007

不錯！

動力火車

謝謝樓主的分享

3088

謝謝樓主的分享。呵呵