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[專業(yè)知識(shí)] 火炬計(jì)算的參數(shù)分析_彌勇

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發(fā)表于 2013-5-6 20:14:21 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
摘要通過(guò)對(duì)化工裝置中火炬的計(jì)算, 分析了火炬計(jì)算中影響高空火炬高度和直徑的主
要參數(shù);對(duì)國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用較少的地面火炬的計(jì)算進(jìn)行了初步探討。結(jié)果表明,影響火炬計(jì)
算結(jié)果的最主要的因素為火炬氣流量以及人為規(guī)定的熱輻射強(qiáng)度等, 在排放量為200 t/h、
熱輻射強(qiáng)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(guān)鍵詞火炬;高度;熱輻射強(qiáng)度;安全距離
中圖分類號(hào)TQ052.73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(fā)生事故
時(shí)或者正常生產(chǎn)排放大量易燃、有毒、有腐蝕性的氣
體時(shí)的設(shè)計(jì);鹁嫦到y(tǒng)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(yuǎn)離地面,型式可以分
為高空火炬和地面火炬[1]。
環(huán)保的要求使得化工裝置中對(duì)環(huán)境有危害的排
放氣的排放更加的嚴(yán)格, 相應(yīng)的規(guī)模擴(kuò)大意味著火
炬設(shè)計(jì)需要不斷的完善。
在熄滅火炬、回收燃?xì)、減少火炬數(shù)量等方面,
國(guó)內(nèi)相關(guān)設(shè)計(jì)者已經(jīng)作了很多的工作。本文針對(duì)火
炬計(jì)算中的相關(guān)步驟, 對(duì)影響火炬計(jì)算結(jié)果的相關(guān)
參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格地比較分析[2]。
1 高空火炬
高空火炬燃燒器遠(yuǎn)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(guò)筒體
進(jìn)入燃燒器,然后進(jìn)入大氣。當(dāng)火炬設(shè)計(jì)處理量高于
30 t/h 時(shí),采用高空火炬(減少地面熱輻射強(qiáng)度,有
利于熱量擴(kuò)散)。
現(xiàn)行的火炬計(jì)算執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行火炬的計(jì)算[3-4]。
計(jì)算實(shí)例參數(shù): 均取排放到火炬的氣體的最大
值;鹁鏆獾呐欧帕繛200 t/h,平均相對(duì)分子質(zhì)量
為20,溫度為180 ℃,絕熱指數(shù)為1,熱值為8 kJ/
kg,火炬頂部?jī)?nèi)側(cè)壓力為103 kPa。當(dāng)?shù)啬昶骄L(fēng)速
為30 m/s。
1.1 煙囪直徑
馬赫數(shù)的選。喊凑帐鹿示o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(jì)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(zhì)量流量,p 為火炬頂部
內(nèi)側(cè)火炬氣的壓力,Mach 為馬赫數(shù),M 為火炬氣的
平均相對(duì)分子質(zhì)量,T 為火炬氣溫度,k 為火炬氣的
絕熱指數(shù)。該計(jì)算公式中,可以看出,對(duì)火炬煙囪直
徑影響最大的為火炬氣的質(zhì)量流量。
按前文中給出的數(shù)據(jù)計(jì)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(jù)不同的體積流量下的煙囪直徑, 可以得到
近似的線性關(guān)系,如圖1 所示。
圖1 火炬氣流量與火炬煙囪直徑的線性關(guān)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
/kWm


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(jīng)減少。再者,火炬煙囪直徑的持續(xù)增大,
帶來(lái)的只是裝置成本的增大。
1.2 火焰長(zhǎng)度
火焰長(zhǎng)度根據(jù)火炬氣的燃燒熱量查表得到。火
炬氣的燃燒熱量計(jì)算公式為:
Q=hqm。
其中,h 為火炬氣的質(zhì)量焓。本文中,查表得到
的火焰長(zhǎng)度為45 m。根據(jù)不同的質(zhì)量流量得到不同
的火焰長(zhǎng)度,其線性關(guān)系如圖2。
圖2 火炬氣質(zhì)量流量與火焰長(zhǎng)度的線性關(guān)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(jì)算公式如下:
H= D2 -(R-△X
2 )2 姨式中,R 為無(wú)障礙區(qū)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(qiáng)度為1.58 kW/m2)。
在火炬高度的計(jì)算過(guò)程中, 需要人為決定的關(guān)
鍵性參數(shù)為最大熱輻射強(qiáng)度, 該參數(shù)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(nèi)人員可操作的時(shí)間等因素。
化工對(duì)熱輻射強(qiáng)度一般規(guī)定如表1 所示。
表1 中規(guī)定的數(shù)值已經(jīng)考慮了當(dāng)?shù)氐奶?yáng)熱輻
射強(qiáng)度。
不同的熱輻射強(qiáng)度直接影響著火炬煙囪的高
度,本文中,根據(jù)不同的熱輻射強(qiáng)度計(jì)算得到的火炬
煙囪高度是不同的, 根據(jù)其相應(yīng)關(guān)系得到如圖3 所
示的關(guān)系圖。
圖3 熱輻射強(qiáng)度與火炬煙囪高度的關(guān)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(qiáng)度的不斷增加,
火炬煙囪高度是不斷降低的。其原因是因?yàn)殡S著熱
輻射強(qiáng)度的增大, 操作人員在此的操作時(shí)間不斷減
少,甚至不允許其進(jìn)入。
高空火炬雖然計(jì)算、設(shè)計(jì)等在國(guó)內(nèi)比較完善,但
是在安全和環(huán)保方面存在很多的問(wèn)題:噪音大、燃燒
不完全(無(wú)法保證大量火炬氣在瞬間內(nèi)完全燃燒,從
而形成黑煙, 尤其是在事故緊急排放時(shí)情況更加嚴(yán)
重,對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的污染)、火焰光污染、火炬點(diǎn)火
困難、處理負(fù)荷范圍小、較高的運(yùn)行費(fèi)用、維護(hù)困難
以及占地面積較大。相比之下,地面火炬具有很好的
優(yōu)勢(shì)(噪音低、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)簡(jiǎn)便等)。
2 地面火炬
地面火炬燃燒器位于地面以下。當(dāng)火炬設(shè)計(jì)排
放量較小,一般低于30 t/h 時(shí),而且要考慮光和噪音
的干擾時(shí),采用地面火炬。

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沙發(fā)
發(fā)表于 2013-7-24 08:19:41 | 只看該作者
不錯(cuò)!
板凳
發(fā)表于 2022-4-17 11:55:01 | 只看該作者
謝謝樓主的分享
地板
發(fā)表于 2022-12-23 16:00:47 | 只看該作者
謝謝樓主的分享。呵呵
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