放空火炬系統(tǒng)的安全設(shè)計_姚青

小水

常、安全運
行。然而, 放空火炬系統(tǒng)設(shè)計的本身就存在著安
全問題, 設(shè)計不當將會造成人員傷亡, 裝置區(qū)中設(shè)
備、系統(tǒng)的嚴重損壞, 甚至發(fā)生火炬筒爆炸, 后果
不堪設(shè)想。本文結(jié)合某工程設(shè)計, 提出相應(yīng)的安
全措施以供借鑒。
2 放空火炬系統(tǒng)設(shè)計組成
一般來講, 一個較完整的放空火炬系統(tǒng)由兩
大部分設(shè)計組成。
211 放空系統(tǒng)的設(shè)計
主要包括在研究每個設(shè)備、裝置排氣情況的
基礎(chǔ)上, 核定系統(tǒng)的背壓、確定管網(wǎng)的直徑、選定
每個設(shè)備及管系安全閥( 泄放裝置) 的孔徑及型
號、嚴格排出管網(wǎng)及安全閥的相互定位。放空系
統(tǒng)是裝置安全運行的基礎(chǔ)。
212 火炬系統(tǒng)的設(shè)計
它是一個非常嚴密的系統(tǒng), 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(guān)鍵。
3 放空系統(tǒng)的安全設(shè)計
311 事故態(tài)時最大載荷的確定
為使設(shè)備、裝置安全運行, 許多容器、反應(yīng)罐、
精餾塔都設(shè)置了安全閥等泄壓裝置, 以使當某一事
故發(fā)生時, 設(shè)備內(nèi)壓力達到泄放壓力, 泄壓裝置自
動打開, 使設(shè)備壓力回落, 以保護裝置。防止超壓
的設(shè)計首先要考慮可能引起超壓的各種事故, 然后
根據(jù)產(chǎn)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(yù)見的值, 每種原因引
起超壓的設(shè)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(zāi)、自動控制
故障等, 然而不是所有情況都是同時發(fā)生的, 其量
應(yīng)根據(jù)一種或某幾種情況發(fā)生時來確定。在設(shè)計
時, 應(yīng)將每一泄放裝置對應(yīng)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(fā)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(zhì)物理
性質(zhì)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(chǎn)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(tǒng)設(shè)
計的基礎(chǔ)。在某工程中, 按上述原則確定, 正常排
放與事故態(tài)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(wǎng)的設(shè)計
在火炬管網(wǎng)設(shè)計時, 首先要選擇管徑, 因為管
徑一旦選定, 系統(tǒng)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(wǎng)上的每處壓力不盡相同, 但可根據(jù)阻力損
2000, 10( 5) 姚 青 放空火炬系統(tǒng)的安全設(shè)計 1 7
X 姚 青: 工藝室副主任, 高級工程師, 1988 年畢業(yè)于華東理工大學(xué)化工工藝專業(yè)。長期從事工程設(shè)計和項目管理工作。聯(lián)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(chǔ), 在選定總管及支管管徑時應(yīng)注意其壓力
不能影響安全閥的正常泄放, 因為系統(tǒng)背壓過高,
泄放裝置將無法起跳, 一般的設(shè)計標準是氣體在
總管網(wǎng)中的壓降低于其上游壓力的10% 。
在管網(wǎng)設(shè)計時, 要考慮管網(wǎng)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(yīng)設(shè)控制閥門等設(shè)施, 以盡可能地減少
阻力降, 因為這些設(shè)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(jié)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(tǒng)中間管網(wǎng)處設(shè)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(shè)計安全, 一定
要考慮應(yīng)力問題�？煽紤]自由膨脹法, 也可設(shè)置
必要的膨脹節(jié)來補償。在此工程中, 兼用了上述
2 種方法來解決熱應(yīng)力問題。
圖1 火炬管網(wǎng)
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(shè)置
安全閥應(yīng)靠近被保護設(shè)備, 以使安全閥的進
口管壓力損失在允許的范圍內(nèi)。一般氣體在此管
上的壓力降不能超過設(shè)定壓力的3%。通常放空
總管設(shè)置在裝置區(qū)的管廊上, 有一定的高度, 而安
全閥的設(shè)置建議要高于總管, 安全閥出口管應(yīng)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(shè)置了管袋, 易堵塞, 使設(shè)備破壞。
4 火炬系統(tǒng)設(shè)計中幾個安全因素的考慮
411 確�？諝獠宦┤牖鹁嫦到y(tǒng)
41111 火焰穩(wěn)定的考慮
火炬燃燒要保持火焰的穩(wěn)定性。正常穩(wěn)定的
火焰焰峰應(yīng)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(yīng)。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(nèi)部燃燒而發(fā)生/ 回
火0; 若速度更小, 氣量更低, 可能在豎管頂部發(fā)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(chǎn)生/ 離焰0, 即火焰會離
開火炬頭頂部一定的距離, 并發(fā)生嚴重的顫動。
若速度再增加, 火焰會繼續(xù)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(huán)境, 嚴重的會導(dǎo)致爆炸、火災(zāi)。為使火
焰穩(wěn)定, 設(shè)計的氣體速度要控制在一定的邊界區(qū)
域內(nèi), 一般為012~ 014 馬赫。馬赫數(shù)表示氣體速
度與火炬氣音速之比�；鹁鏆庖羲�(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(nèi)排放氣體質(zhì)量流量, kg/ h; Q
為在操作狀態(tài)下火炬筒內(nèi)排放氣體的平均密度,
kg/ m3( 在操作狀態(tài)下火炬筒內(nèi)排放氣體的密度Q
可按理想氣體狀態(tài)方程近似求取) ;V 為操作狀態(tài)
下火炬筒內(nèi)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(shù)k= cp/ cv; R 為氣體常數(shù)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(nèi)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