煉油火炬系統水封安全設計與運行研究_趙廣明

大山

摘要: 水封作為煉油火炬系統防止回火爆炸的重要安全設施，需要考慮水封罐的設計
壓力、水封量和水封高度。采用數值模擬技術，模擬計算水封罐典型氣體爆炸，提出水封罐
的設計壓力，并通過建立水封高度的計算模型，得出水封高度與氣體種類、火炬筒體和環境
溫度的關系，提出水封高度的設計原則。
關鍵詞: 火炬系統水封水封罐設計壓力水封高度計算模型
火炬系統是煉油廠重要的安全環保設施，主
要用于處理工藝裝置在開停工和停電、停水、停
汽、火災等事故狀態下排放的可燃氣體［1］。隨著
煉油裝置規模日益大型化，緊急情況下進入火炬
系統的燃料氣量大幅度提高，煉油火炬系統運行
風險加大。目前煉油企業多采用高架火炬，如果
空氣從火炬頭進入火炬筒體或泄放管網，與筒體
或管網內存在的可燃氣體混合，就會形成爆炸性
混合氣體，遇點火源極易發生回火或爆炸。為了
防止空氣進入火炬系統而產生回火或爆炸危險，
火炬系統常設有火炬氣密封系統，包括水( 液) 封
和氣體密封［2］。水封是在火炬筒體前的火炬氣總
管上設水封罐，防止氣體反竄進入火炬氣管網，
從而起到保護火炬氣泄放管網和上游設備的作
用。氣體密封是用一定量的吹掃氣通過火炬，使
火炬在無火炬氣排放時維持正壓，防止空氣從火
炬頭進入火炬筒體，常在火炬筒體頂部設置氣體
密封器以便減少吹掃氣體用量。近年來火炬系統
因防回火設施故障，頻繁發生回火爆炸事故:
2002 年某煉油企業因火炬分子密封器腐蝕穿孔，
空氣進入火炬筒體內引發閃爆［3］; 2008 年4 月某
煉油企業在進行柴油加氫裝置緊急泄壓試驗時，
發生火炬系統回火爆炸事故，造成水封罐損
壞［4］; 2008 年6 月某石化企業因分子封設備質量
引起火炬堵塞，造成裝置停車時憋壓，最終導致
裂解爐裂解氣管線發生火災事故。
水封罐作為保護上游泄放管道和裝置設備的
重要設施，是防止回火和爆炸的一項常用安全措
施。水封罐設計應能保證在發生回火爆炸事故時
不被破壞，此外由于煉油系統裝置種類多，排放
氣體組成復雜，不同的排放氣體所要求的水封高
度也應該是不同的。以下將對火炬系統中水封罐
的設計壓力和水封高度的安全設計進行探討。
1 水封罐設計壓力
水封罐的設計應采用本質安全設計，即水封
罐的安全設計壓力需要考慮受限空間氣體爆炸產
生的最大壓力，保障容器內氣體爆炸不破壞水封
罐。目前對受限空間氣體爆炸，主要采用實驗和
數值模擬方法。實驗研究為分析氣體爆炸所產生
的破壞效應和威力提供了有用的信息，但實驗
研究耗資大，時間長。隨著計算流體力學的飛
速發展，數值模擬方法越來越多地用來求解氣
體爆炸問題。國外的多家研究機構在氣體爆炸
的數值模擬方面進行了較深入的研究［5，6］，并開
發了許多工具，如CFX、FLACS 和AutoReaGas
等，其中FLACS 是由挪威的GEXCON ( CMR/
CMI) 公司研發的氣體爆炸軟件，它采用基于笛
卡爾網格的有限體積法，提供湍流模型、燃燒
模型等多種模型，能夠模擬各種情況的氣體爆

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火炬系統水封設計有講究的。