放空火炬系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)_姚青

小水

常、安全運(yùn)
行。然而, 放空火炬系統(tǒng)設(shè)計(jì)的本身就存在著安
全問(wèn)題, 設(shè)計(jì)不當(dāng)將會(huì)造成人員傷亡, 裝置區(qū)中設(shè)
備、系統(tǒng)的嚴(yán)重?fù)p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(jì), 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(jì)組成
一般來(lái)講, 一個(gè)較完整的放空火炬系統(tǒng)由兩
大部分設(shè)計(jì)組成。
211 放空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
主要包括在研究每個(gè)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(gè)設(shè)備及管系安全閥( 泄放裝置) 的孔徑及型
號(hào)、嚴(yán)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(yùn)行的基礎(chǔ)。
212 火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
它是一個(gè)非常嚴(yán)密的系統(tǒng), 其主要由阻火裝
置、分離罐、火炬筒、火炬頭、點(diǎn)火器、常明燈等組
成。它是裝置安全運(yùn)行的關(guān)鍵。
3 放空系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)
311 事故態(tài)時(shí)最大載荷的確定
為使設(shè)備、裝置安全運(yùn)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(dāng)某一事
故發(fā)生時(shí), 設(shè)備內(nèi)壓力達(dá)到泄放壓力, 泄壓裝置自
動(dòng)打開, 使設(shè)備壓力回落, 以保護(hù)裝置。防止超壓
的設(shè)計(jì)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(shí)必須的泄放流量, 但此
量是一個(gè)瞬時(shí)、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(dòng)力(水、蒸汽、電) 的中斷、火災(zāi)、自動(dòng)控制
故障等, 然而不是所有情況都是同時(shí)發(fā)生的, 其量
應(yīng)根據(jù)一種或某幾種情況發(fā)生時(shí)來(lái)確定。在設(shè)計(jì)
時(shí), 應(yīng)將每一泄放裝置對(duì)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(shí)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(shí)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(jì)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(jì)
在火炬管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí), 首先要選擇管徑, 因?yàn)楣?br /> 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(dòng)阻力及瞬時(shí)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(jì) 1 7
X 姚 青: 工藝室副主任, 高級(jí)工程師, 1988 年畢業(yè)于華東理工大學(xué)化工工藝專業(yè)。長(zhǎng)期從事工程設(shè)計(jì)和項(xiàng)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(shí)應(yīng)注意其壓力
不能影響安全閥的正常泄放, 因?yàn)橄到y(tǒng)背壓過(guò)高,
泄放裝置將無(wú)法起跳, 一般的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)時(shí), 要考慮管網(wǎng)的布置。為使泄
放氣能暢通無(wú)阻通過(guò)火炬進(jìn)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?yàn)檫@些設(shè)施很有可能因故障失靈; 同時(shí)
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(tái)分離罐, 使二
邊總管坡向此罐, 將冷凝下來(lái)的液滴及時(shí)排除, 見
圖1; 因事故時(shí)不僅排出氣體量大, 壓力高, 同時(shí),
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(shí)排放量為正常時(shí)的40~
50 倍, 溫度超過(guò)200 e , 因此為了設(shè)計(jì)安全, 一定
要考慮應(yīng)力問(wèn)題�？煽紤]自由膨脹法, 也可設(shè)置
必要的膨脹節(jié)來(lái)補(bǔ)償。在此工程中, 兼用了上述
2 種方法來(lái)解決熱應(yīng)力問(wèn)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(diǎn)火器 91 火炬筒
313 安全閥的設(shè)置
安全閥應(yīng)靠近被保護(hù)設(shè)備, 以使安全閥的進(jìn)
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(guò)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(jì)中幾個(gè)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(dāng)氣體速度
很低、氣流量較小時(shí), 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(guò)大, 火炬豎管頂端的火焰升到燒嘴
之上與空氣湍流混合, 會(huì)產(chǎn)生/ 離焰0, 即火焰會(huì)離
開火炬頭頂部一定的距離, 并發(fā)生嚴(yán)重的顫動(dòng)。
若速度再增加, 火焰會(huì)繼續(xù)往上浮, 將有火焰熄滅
的危險(xiǎn), 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(kuò)散, 不僅將會(huì)造成人員傷
亡, 污染環(huán)境, 嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致爆炸、火災(zāi)。為使火
焰穩(wěn)定, 設(shè)計(jì)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(jì)算:
C= ( gkRTM- 1 ) 0.5 ( 1)
同時(shí)由下面計(jì)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(duì)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

bkqcycyqm

樓主介紹的很詳細(xì)了，支持一下吧。

449580263

有道理~~

doudou2048

有道理，還得仔細(xì)看看……

動(dòng)力火車

謝謝樓主的分享