HG/T 20570.12-1995 火炬系统设置 HG/T20570.12-1995 标准下载解压密码：www.bzxz.net

火炬系统设置
HG/T20570.12—95
编制单位：中国寰球化学工程公司批准部门：化学工业部
实施日期：一九九六年九月一日编制人：
中国寰球化学工程公司姚桂华
审核人：
化工部工艺系统设计技术中心站封淑元龚人伟1应用范围和分类
1.0.1本规定适用于处理石油化工厂、炼油厂当发生事故时或在正常生产中排放的大量易燃、有毒、有腐蚀性气体的火炬系统的设计。1.0.2火炬系统通常由火炬气分离罐、火炬气密封罐、火炬烟卤、火炬管道四个部分组成。
1.0.3火炬型式可分为高空火炬和地面火炬。高空火炬由烟肉（包括牵索支撑和自由支撑两种）、火炬头、长明灯、辅助燃料系统、点火器及其它辅助设备组成。1.0.4地面火炬不能用于有毒物质的焚烧。地面火炬周围最小无障碍区的半径为76m～152m，且应设围墙以确保安全。399
2火炬系统的设计
2.0.1火炬系统的设计原则
不同处理的介质和不同工作条件有不同的火炬系统。在开车，正常运行、停车和事故时排放的气体均要送火炬处理。2.0.1.1以各种情况下最大排放量来进行火炬系统处理能力的设计，同时要保证在一个宽的流量范围内系统运行良好。火炬系统本身要保证生产装置安全运行，并应考虑对环境的影响，消除和尽量减少对大气的污染、噪声等。（1）当两个火炬集中布置时，火炬的间距应使一个火炬燃烧最天气量时所产生的辐射热，不影响另一个火炬检修工作的进行。（2）火炬的防空标志和灯光保护按有关规定执行。2.0.1.2安全阀和控制阀的排放系统管道（1）安全阀和控制阀排放系统按有关规定来设计。该排放系统若与火炬系统相连，其管道材质不能低于碳钢，对于可能产生低温和高温的部分要做应力分析计算，选用适宜的材质和进行相应的加工处理。（2）排放管道最好从上方与火炬系统总管相连，而且与总管有一倾斜角度，以免产生排气、排液死角。
2.0.1.3火炬总管
（1）排放气按介质状态分为以下四种情况：热气体（t≥0℃，含水或不含水）：a.
冷气体t<0℃)；
c.冷气体和热气体都有，但不含水；d.液体排放系统。
排放气介质四种状态的任何一种情况，设置一根总管。如果是上述几种情况的组合，则要分开设置干火炬系统和湿火炬系统。当两股物流相混可能产生固体或者发生危险的物理或化学变化时，两股物料要分开。如果由于两股物料混合使管道尺寸加大很多或使管道材质升级时，两股物料也要分开。一般排放的液体与排放的气体是分开的，对于带有液体的物流要设分离设施和单独的液相系统。（2）火炬总管到分离器要有一定坡度以便排液，坡向分离器坡度不小于0.2%，对于排液死角要设排液口并将排出液回收储存。（3）要考虑温度对管路的影响，设置温度补偿的膨胀节，一般用环形的，特殊情400
况下用波纹形膨胀器。如果总管与总管相接或总管与支管相接，其接头处材质取两者材质高者，且其长度在接头处上游至少要有5m。（4）为避免火炬系统发生内爆炸或产生其它不安全因素，火炬气总管的上游最远端设有固定的吹扫设施，该吹扫设施包括一个流量计，一个止回阀和一个手动调节阀门。所有的火炬总管都应设氮气吹扫用软管接口。常用的吹扫气首选为可燃气体（如燃料气），但对于低温管线，吹扫气在最低温度时应不发生部分或全部冷凝，对此一般采用氮气吹扫，吹扫气速在最大火炬总管内为0.03m/s。如果火炬系统设有水（液）封，则水封上游吹扫气速为0.01m/s。对于低火炬和富氢排放气则要提高吹扫气气速。若无水封，则吹扫气应优先选用可用的最重气体作为吹扫气，并要安装低流量报警和指示真空度的低压报警，以防空气倒流入火炬系统。2.0.1.4火炬气分离罐
（1）每根火炬排放气总管都应设分离罐，用以分离气体夹带的液滴或可能发生的两相流中的液相。为防止产生“火雨”，分离罐的分离能力为至少将≥400um的液滴分离下来，最好将≥150um的液滴也分离下来，尽量减少液滴夹带。分离罐选用直径一般为其长度的1/2～1/3，并为火炬总管尺寸的3～4.5倍。（2）分离罐的尺寸是以排放物流中最大排液量计算，储存10～30min的排液量，一般取20min。
（3）如果已另外设置了单独的液相收集系统，或者在最大火炬负荷的紧急情况下也不会有大量的两相流排出，此时可以让排放物流不经分离罐，只设一个与液体收集系统相连的集液管就可以了。（4）集液系统要设一台排液泵，泵一般为离心式，与事故电源相连，不设置备用泵，选用泵的能力应估计到事故时带的液量，约半小时内能将分离罐中液体排完。泵的扬程按排放液体中最小重度的液体计算，电机功率以排放液体中最大重度的液体计算。
2.0.2火炬计算
火炬的计算包括烟的直径、烟窗的高度。火炬头由制造厂商设计。火炬的几何参数图见图2.0.2一1所示。
火炬烟窗直径
火焰横向偏距
无障碍区域半径
图2.0.2-1火炬的几何参数图
图中：d:—火炬烟肉直径(内径）：R—离；AX—火焰横向偏距，AY-
一无障碍区域半径，D-
一火焰中心到地面边界的距
一火焰纵向偏距，X。一火焰中心到火炬头中心的横向距离；Y。一火焰中心到火炬头顶端的纵向距离；H-一火炬烟卤的高度；1-
中心到地面距离；R—火焰中心到地面界区横向距离。402
—火焰长度；H—火焰
：2.0.2.1简单近似计算法
（1）火炬烟窗直径计算
火炬烟直径的大小，取决于烟内流体的速度，该速度的选取是根据允许压力降。一般在决定火炬烟卤尺寸时，可按如下考虑：正常排放时，出口处气体流速应在0.2马赫数乘声速以下，事故或紧急排放时，其流速应在0.5马赫数乘声速以下。此时，烧嘴压力降在0.01～0.05MPa，水封压力降在0.0050.015MPa，火炬主管压力降在0.01～0.05MPa，最后必须检查火炬系统总压力降与安全阀背压之间的关系。火炬烟窗的直径要不小于火炬系统总管的直径，以免由于排放气夹带液滴而形成“火雨”。
计算火炬烟窗直径的公式推导如下：W
Mach=11.61x10-2
由式(2.0.2—1)整理得：
d;=[11.61×10-2W,
P,·Mach
dj-火炬烟肉顶部内径，m，
一火炬气排放流量，kg/s
Pj—一火炬顶部内侧火炬气的压力，Pa；Mach一，马赫数，火炬气流速与该流体声速的比值，无因次；M火炬气的平均分子量；
T,火炬气温度，K，
火炬气的绝热指数，=C,/C.。
（2）火炬烟窗高度的计算
火焰长度的计算
(2.0.2—1)
(2.0.2-2)
火焰长度与火炬气燃烧释放的热量有关，火焰长度（I）与火炬气释放热量（Q）的关联图，见图2.0.2-2所示。
燃料气（508.mm烟卤）
阿尔及利亚气井
<催化重整储环气（p610mm烟窗）口催化重整反应器流出气（d610mm烟窗）◆脱氢装量（g305mm烟窗）
×氧气（g787mm烟卤）
*氢气62mm烟窗）
火炬气释放热量(Q)W
图2.0.2一2火焰长度与释放热量关联图b．由风引起的火焰倾斜的计算
（a）体积流量的计算见式（2.0.2一3）V=W(2.4)()
-体积流量，m\/s
一火炬气温度.K。
(6）由风引起的火焰倾斜的计算1010
火炬气在火炬烟窗出口处的速度（U），由式（2.0.2一4）计算：Uj-
(2.0.2—3)
(2.0.2—4）
已知火炬气在火炬烟窗出口处的速度（U)，则其与风速（Ux）之比Ux/U，由图2.0.2一3可查得（△X/)和（△Y/1)，即可计算火焰横向偏距（AX）、纵向偏距（△Y）。火焰偏距与Ux/U关联图见图2.0.2—3所示。风速(U)的选取是依据当地的气象条件，取年平均最大风速。不同高度的风速根据风速及风速随高度变化系数（K，)计算。风速高度变化系数(K,)的值见表2.0.6-1。
在静止空气和横向风中火焰的儿何形状0.5
比事(号)
图2.0.2-3
火炬偏距与风速关联图（无因次）火炬烟窗高度的计算
由图2.0.2-1可以看出H'、H、R'、R、AX、AY与D之间有如下关系：H'=H+号AY
R'R—
DR2+H?
由上式整理得：
De-(R-),_ 4Y
当已知△X、AY、D、R，则可以求得火炬烟高度（H）。（3）简单近似计算法归纳
a.所需基础数据如下：
W火炬气排放量，kg/s;
P一一火炬烟图内侧的火炬气压力，kPa1.2
(2.0.2—5)
(2.0.2-6)
(2.0.2-7)
(2.0.2-8)
马赫数，无因次；
M—火炬气的平均分子量
T一火炬气温度，K；
k一火炬气的绝热指数，k，=C,/C，R-—无障碍区域半径，m;
hj火炬气低热值，kJ/kg
U-设计风速，m/s,
F——热辐射因子；
K*最大允许热辐射强度，kW/m2
热辐射强度传递因子。
b．计算内容：
火炬烟图直径：di-[11.61×10-火炬气放热量：Q=h·W
火焰中心到地面界区的距离：D
风速与火炬气速度之比：Ux/U;
由图2.0.2-3查得4X、4Y
火炬烟高度，HD2（R
P·Maeh
AX)27%
2.0.2.2布鲁托斯基和索麦尔近似计算法（1）火炬烟直径的计算
火炬烟窗直径的计算方法与简单近似计算法相同，见2.0.2.1（1）规定。（2）火炬烟窗高度的计算
Q.火焰中心的确定及火焰偏距的计算声速 C=91.2()og
火炬烟肉出口速度(U)为
U,-Machx声速
对于火炬气，爆炸下限参数（C)为Ch
①布鲁托斯基，即Brzustowski，索麦尔即Sommer。406
(2. 0. 2—9)
(2.0.210)
(2.0.2—11)
C一一火炬气在空气中的爆炸下限，体积%；Mx——空气的平均分子量，取为29；Ux—-风速，m/s
火炬气(混合气)在空气中的爆炸下限(C)，其值按下式计算：100
Cr—火炬气各组份的爆炸下限，体积%Y—火炬气各组份的分子分数。
风推力和喷射推力(d,R)值按下式计算：(TMiyo.5
djR=d,(
T空气温度,K；
d;火炬烟肉直径，m。
(2.0.2—12)
(2.0.2-13)
已知C、d,R值，可以由2.0.2一4和图2.0.2-5求得火焰横向偏距（Xc)值、纵向偏距(Yc)值。
Xe180.0.01
图2.0.2-4
火炬气爆炸下限参数(Cr)
火焰横向偏距（Xc）与d,R，C.关联图5.0免费标准bzxz.net
火炬气爆炸下限参数（C）
图2.0.2-5火焰纵向偏距（Y）与d,R,C关联图火焰中心到地面边界距离的计算b.
N4元K
火炬烟窗高度的计算
(2.0.2--14)
由图2.0.2-1可以看出H'，H,R,R，Xc,Yc和D之间有如下关系H'-H+Yc
R'-R-Xc
D-R'2+H2
由上三式整理得：
HD2-(R-X)2-Y
已知D、R、Xc和Yc可以求得火炬烟窗高度（H)。(2.0.2—15)
(2.0.2—16)
(2.0.2—17)
(2.0.2—18)
火炬烟窗的高度（H)与所选的计算标准有关，当辐射强度（K）为最大允许热辐射强度时，H)为火炬烟窗最低的极限高度。K值根据工程的具体情况来选定。（3）布鲁托斯基和索麦尔近似计算法归纳a。计算所需基础数据如下：
W,火炬气流量，kg/s;
M—一火炬气平均分子量；
空气的平均分子量；
—平均风速，m/s；
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