放空火炬系統的安全設計_姚青

小水

常、安全運
行。然而, 放空火炬系統設計的本身就存在著安
全問題, 設計不當將會造成人員傷亡, 裝置區中設
備、系統的嚴重損壞, 甚至發生火炬筒爆炸, 后果
不堪設想。本文結合某工程設計, 提出相應的安
全措施以供借鑒。
2 放空火炬系統設計組成
一般來講, 一個較完整的放空火炬系統由兩
大部分設計組成。
211 放空系統的設計
主要包括在研究每個設備、裝置排氣情況的
基礎上, 核定系統的背壓、確定管網的直徑、選定
每個設備及管系安全閥( 泄放裝置) 的孔徑及型
號、嚴格排出管網及安全閥的相互定位。放空系
統是裝置安全運行的基礎。
212 火炬系統的設計
它是一個非常嚴密的系統, 其主要由阻火裝
置、分離罐、火炬筒、火炬頭、點火器、常明燈等組
成。它是裝置安全運行的關鍵。
3 放空系統的安全設計
311 事故態時最大載荷的確定
為使設備、裝置安全運行, 許多容器、反應罐、
精餾塔都設置了安全閥等泄壓裝置, 以使當某一事
故發生時, 設備內壓力達到泄放壓力, 泄壓裝置自
動打開, 使設備壓力回落, 以保護裝置。防止超壓
的設計首先要考慮可能引起超壓的各種事故, 然后
根據產生壓力大小分析此時必須的泄放流量, 但此
量是一個瞬時、不恒定、不可預見的值, 每種原因引
起超壓的設備及量都是不同的。引起超壓的種類
很多, 如動力(水、蒸汽、電) 的中斷、火災、自動控制
故障等, 然而不是所有情況都是同時發生的, 其量
應根據一種或某幾種情況發生時來確定。在設計
時, 應將每一泄放裝置對應每種事故, 以列表的形
式羅列最大泄放量, 并將有可能同時發生事故的泄
放量疊加, 找出極端值。這里要特別注意最大載荷
不是最大流量的概念, 它包括流量、溫度、介質物理
性質等, 是最大流量壓頭損失的概念, 如在422 e 分
子量為19 的氣體以10000kg/ h 的流量要比100e 分
子量為44 的氣體以15000kg/ h 的流量產生更大的
壓頭損失、流量載荷更大。因此在羅列時一定要考
慮這些方面。最大載荷的確定很重要, 它是系統設
計的基礎。在某工程中, 按上述原則確定, 正常排
放與事故態排放情況見表1。
表1 正常排放與事故排放情況
正常排放事故排放
流量, kg/ h 1350 61500
溫度, e 29 217
密度, kg/ m3 11376 51 79
體積流量, m3/ h 970 106191 2
平均分子量261013 541 1
壓力, kPa( A) 132 294~ 441
312 管網的設計
在火炬管網設計時, 首先要選擇管徑, 因為管
徑一旦選定, 系統的最大背壓就基本確定。盡管
由于泄放源的位置不同, 考慮流動阻力及瞬時泄
放, 管網上的每處壓力不盡相同, 但可根據阻力損
2000, 10( 5) 姚 青 放空火炬系統的安全設計 1 7
X 姚 青: 工藝室副主任, 高級工程師, 1988 年畢業于華東理工大學化工工藝專業。長期從事工程設計和項目管理工作。聯系電話:
(021) 64164200- 316。
失, 估算每一安全閥后的泄放背壓, 這是安全閥選
型基礎, 在選定總管及支管管徑時應注意其壓力
不能影響安全閥的正常泄放, 因為系統背壓過高,
泄放裝置將無法起跳, 一般的設計標準是氣體在
總管網中的壓降低于其上游壓力的10% 。
在管網設計時, 要考慮管網的布置。為使泄
放氣能暢通無阻通過火炬進行安全處理, 在火炬
總管上不應設控制閥門等設施, 以盡可能地減少
阻力降, 因為這些設施很有可能因故障失靈; 同時
管路也不能存在管袋, 且總管的坡度向總管下游
傾斜, 以防氣體中蒸汽凝結堵塞或減小流通面積,
增加阻力。在某工程中, 就在釋放源集中地與通
往火炬系統中間管網處設置了一臺分離罐, 使二
邊總管坡向此罐, 將冷凝下來的液滴及時排除, 見
圖1; 因事故時不僅排出氣體量大, 壓力高, 同時,
具有較高的溫度, 如某工程正常排氣量為1350kg/
h, 溫度29 e , 而在事故時排放量為正常時的40~
50 倍, 溫度超過200 e , 因此為了設計安全, 一定
要考慮應力問題。可考慮自由膨脹法, 也可設置
必要的膨脹節來補償。在此工程中, 兼用了上述
2 種方法來解決熱應力問題。
圖1 火炬管網
11 火炬頭 21 分子封 31 消音罩 41 提升罐 51 提升罐泵
61 分離罐 71 分離罐泵 81 點火器 91 火炬筒
313 安全閥的設置
安全閥應靠近被保護設備, 以使安全閥的進
口管壓力損失在允許的范圍內。一般氣體在此管
上的壓力降不能超過設定壓力的3%。通常放空
總管設置在裝置區的管廊上, 有一定的高度, 而安
全閥的設置建議要高于總管, 安全閥出口管應由
上往下順流向斜接入總管。若安全閥出口管由底
部接入, 便人為設置了管袋, 易堵塞, 使設備破壞。
4 火炬系統設計中幾個安全因素的考慮
411 確保空氣不漏入火炬系統
41111 火焰穩定的考慮
火炬燃燒要保持火焰的穩定性。正常穩定的
火焰焰峰應在火炬豎管的頂端, 火炬氣離開火炬
頭的速度與燃燒速度相適應。然而, 當氣體速度
很低、氣流量較小時, 也即氣流速度低于燃燒速
度, 火焰焰峰有可能回入豎管內部燃燒而發生/ 回
火0; 若速度更小, 氣量更低, 可能在豎管頂部發生
空氣的返混, 在豎管中形成爆炸混合物。相反, 若
氣體的速度過大, 火炬豎管頂端的火焰升到燒嘴
之上與空氣湍流混合, 會產生/ 離焰0, 即火焰會離
開火炬頭頂部一定的距離, 并發生嚴重的顫動。
若速度再增加, 火焰會繼續往上浮, 將有火焰熄滅
的危險, 這叫/ 脫火0, 這將使大量有毒、有腐蝕、易
燃易爆的氣體外溢、擴散, 不僅將會造成人員傷
亡, 污染環境, 嚴重的會導致爆炸、火災。為使火
焰穩定, 設計的氣體速度要控制在一定的邊界區
域內, 一般為012~ 014 馬赫。馬赫數表示氣體速
度與火炬氣音速之比。火炬氣音速(C) 可用下式
計算:
C= ( gkRTM- 1 ) 0.5 ( 1)
同時由下面計算公式可得火炬管的氣體通截面及
火炬筒直徑:
W= 3600QVAC ( 2)
式中:W 為火炬筒內排放氣體質量流量, kg/ h; Q
為在操作狀態下火炬筒內排放氣體的平均密度,
kg/ m3( 在操作狀態下火炬筒內排放氣體的密度Q
可按理想氣體狀態方程近似求取) ;V 為操作狀態
下火炬筒內排放氣體的線速度, m/ s;
V= 0. 2( gkRT/M) 0. 5 ( 3)
以上各式中: g 為重力加速度, 9. 81m/ s2; k 為絕熱
指數k= cp/ cv; R 為氣體常數R= 848( kg/m2)m3/
kmol#K; T 為排放氣體絕對溫度, K;M 為排放氣體
平均分子量, kg/ kmol; AC 為火炬筒( 內徑) 的橫截
面積,m2。
AC= (P/ 4) d2e

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樓主介紹的很詳細了，支持一下吧。

449580263

有道理~~

doudou2048

有道理，還得仔細看看……

動力火車

謝謝樓主的分享