火炬系统水封罐计算
火炬分液罐及火炬计算
按《石油化工企业燃料气系统和可燃性气体排放系统设计规范》编制0、说明a.能分离气体中直径大于300m m的液滴；b.存液量为罐容积的30%。
1、基本参数输入T(工况温度,K)313 P(工况压力，MPa)0.105ρ1(液密度，kg/m3)700.0ρ2(气体相对密度) 2.5d m(液滴直径，μm)300 Q n(标况下气量，m3/d)816000 g（重力加速度，m/s2）9.81 K1（系数，取2.5~3）3 2、过程参数（隐藏）T n(标况温度,K)273.15 P n(标况压力，MPa)0.1013 Z(压缩系数) 1.00ρgn(气体标况密度，kg/m3) 3.010ρg(工况下气体密度，kg/m3) 2.73 M(气体相对分子量)72.41 x 5.97 y 1.21 K67.53μ(气体粘度，mPa·s)0.0068 Ar（阿基米德准数）10938.56 3、卧式单流分液罐计算（双流式气量减半）Re（雷诺数）117.09 C（液滴在气体中的阻力系数） 1.06 V（液滴沉降速度，m/s）0.97 D1（卧式分液罐计算直径，m） 2.07 D（卧式分液罐选取直径，m） 2.00 L1（进出口管之间的距离，m） 6.00集油包设计当分液罐直径大于等于1.5m时，集油包直径不易大于分液罐直径的1/3；当分液罐直径小于1.5m时，集油包直径不易大于分液罐的半径，且不小于300mm；集油包高度不易小于400mm，并应满足仪表安装的要求。
4、立式分液罐计算D2（立式分液罐直径，m） 4.15h1（气体空间高度，m）4注，h1大于或等于1.5倍D2，且不小于3mh2（液面与筒体下端的距离，m） 1.5H（立式分离器筒体高度，m） 5.5。
火炬分液罐工艺设计及计算
火炬分液罐工艺设计及计算作者：侯一涵来源：《中国化工贸易·上旬刊》2017年第12期摘要：在放空系统中，火炬分液罐设置在火炬前端，去除放空天然气中夹带的凝液，以减少放空总管中的凝液量，避免液滴被带至火炬头，形成火雨。
本文主要介绍火炬分液罐的分类、工艺仪表流程图的设计及火炬分液罐的计算方法，为设计选型提供依据。
关键词：分液罐；分类；工艺设计1 设置火炬分液罐的目的站场设备及管线的放空天然气排放至火炬系统，若含有凝液，燃烧后会形成火雨，易引发安全事故。
因此需要在火炬前设置分液罐，将放空天然气中的液滴分离出来，保证火炬的安全运行。
2 火炬分液罐的分类2.1 卧式分液罐卧式分液罐分为单流式卧式分液罐和双流式卧式分液罐两种。
单流式：只有一个进气口和一个排气口；双流式：有两个进气口和一个排气口。
双流式卧式分液罐的结构形式可以减少罐体直径，但是却增加了罐体的长度，对于直径超过3.6 m或者流量大的可以考虑这种结构。
2.2 立式分液罐立式分液罐设置一个进气口和一个排气口，气体进口设在立式罐的侧面，出口设在立式罐的顶部，入口处一般加挡板使气体向下方流动，有利于液滴的沉降。
3 工艺流程设计放空天然气进入火炬分液罐对凝液分离，达到外输要求后通过排气管道输送至火炬。
进出火炬罐的管线需考虑坡度要求（坡度不小于2‰），要有必要的温压指示和取样分析。
分液罐一般设有就地和远传的液位指示，高低液位报警；压力指示就地和远传仪表，高低压报警；温度测量的就地和远传仪表。
罐内液体需设置泵移走（一般两台，一用一备），可以手动启停泵，或通过液位控制连锁启泵，低液位自动停泵。
根据气候条件和分离罐内液体的物性，在冬天或者平常也可使用加热器加热以蒸发其中的易挥发成分。
内部蒸汽盘管可实现这一目的，但要确保蒸发的物质在罐内不凝结，不会在火炬总管凝固，不会在分液罐下游堆积。
火炬分液罐的工艺仪表流程图的设计见图1。
4 设计技术要求①分液罐的分离能力应能分离出排放气体中直径600um的液滴；②分液罐应设置进气管、排气管、排除凝液管、手动排污管、人孔、爬梯、平台，分液罐罐体应设液位计、温度计、压力表以及高低压、高低液位报警；③需要设置完善的液体收集输送措施，可采用泵送或者燃料气气压送。
大港油田聚丙烯火炬工艺计算书
大港油田聚丙烯火炬பைடு நூலகம்案说明
1、火炬头直径：马赫数取0.2为DN800。 2、火炬筒直径：DN800。 3、火炬总高度：80m。 4、当火炬取DN800、总高度80m时：
★地面热辐射强度：热辐射率取0.2，不含太阳热辐射强度，数据如下： 地面最热点距火炬中心31.6m，最热点热辐射强度为2.44Kw/m2， 距最热点93.5m处为1.5Kw/m2，182m处为0.7Kw/m2。 ★地面噪声强度：火炬根部噪声强度为84dB。 5、卧式分液罐：单流式φ2000×6000mm。 6、卧式水封罐：不带挡液板φ2000×6000mm。 或采用火炬筒底立式水封罐：φ2000×3700mm。 7、氮气消耗：28Nm3/h。限流孔板孔径φ3mm。
2007/10/19
大港油田聚丙烯火炬方案说明
1、火炬头直径：马赫数取0.2为DN800。 2、火炬筒直径：DN800。 3、火炬总高度：80m。 4、当火炬取DN800、总高度80m时：
★地面热辐射强度：热辐射率取0.2，不含太阳热辐射强度，数据如下： 地面最热点距火炬中心31.6m，最热点热辐射强度为2.44Kw/m2， 距最热点93.5m处为1.5Kw/m2，182m处为0.7Kw/m2。 ★地面噪声强度：火炬根部噪声强度为84dB。 5、卧式分液罐：单流式φ2000×6000mm。 6、卧式水封罐：不带挡液板φ2000×6000mm。 或采用火炬筒底立式水封罐：φ2000×3700mm。 7、氮气消耗：28Nm3/h。限流孔板孔径φ3mm。
化工装置火炬排放系统的设计【论文】
化工装置火炬排放系统的设计摘要：本文浅析了设计化工装置火炬排放系统的原则、主要内容及一些影响因素，总结了一些常规做法供设计人员参考。
关键词:火炬系统；处理能力；火炬总管；分液罐；水封罐；火炬高度计算.火炬排放系统设置目的是将工艺装置中设备、管道上的安全阀、泄放阀、排放阀等在不正常操作（或事故）时排放的可燃物料，开停车时必须要排放的可燃物料和试车中暂时无法平衡时所必须排出的可燃物料收集并送到火炬筒顶部的火炬头及时燃烧排放，以确保装置的安全运行，并减少对环境的污染。
一、火炬系统的设计内容火炬系统一般由火炬总管，分液罐，水封罐，凝液泵，点火盘，塔架，气封，火炬筒体，火炬头，长明灯，航空警示灯，航空警示标志等组成。
火炬系统的设计主要包括系统处理能力的设计，火炬管道的设计，火炬气分离罐及火炬气密封系统的设计，烟筒的直径和高度的计算，辐射热的计算等，火炬头由制造厂商设计。
1.火炬总管的设计火炬排放气体按介质状态分为热气体（T ≥ 0°C,含水或不含水）；冷气体（T < 0°C）；冷气体和热气体都有但不含水；液体排放系统四种情况。
排放气介质四种状态的任何一种情况，都要设置一根总管。
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立设施和单独的液相系统。
火炬总管到分离器要有一定坡度（不小于2%）以便排液，对于排液死角要设排液口并将排出液回收储存。
火炬器总管的上游最远端要设置固定的吹扫设施，避免火炬系统发生回火内爆或者产生其他不安全因素。
所有的火炬总管都应该设氮气吹扫用软管接口。
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，水封上游吹扫气速为0.01m/s。
2.火炬气分离罐的设计火炬排放总管进入火炬燃烧之前应设分离罐，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。
分离罐的设计应符合以下要求：⑴ 设计流量要按照火炬系统的最大排放量来选取；⑵ 为防止产生火雨，分离罐应能分离出排放气体中直径300um 600um的液滴。
火炬系统中分液罐和水封罐的设计分析
火炬系统中分液罐和水封罐的设计分析作者：史荣富韩翠平来源：《科学与信息化》2017年第36期摘要火炬系统在化工系统担任着环保的重任，通过燃烧各种材料产生火炬气，通常由于分液罐和水封罐组成，且分液罐和水封罐的设计工艺均不相同，本文首先分析了火炬系统中分液罐和水封罐概述，同时阐述了火炬系统中分液罐和水封罐的设计工艺，最后总结了全文。
关键词火炬系统；分液罐；水封罐；设计工艺1 火炬系统中分液罐和水封罐概述1.1 分液罐概述在火炬系统内分液罐是最重要的组成部分，分液罐能够有效地去除火炬内的各种液体，避免引发火雨，分液罐大致主要分为卧式分液罐和立式分液罐，其中卧式分液罐有分为単流式分液罐和双流式分液罐。
1.2 水封罐概述水封罐同样也是火炬系统内的重要组成部分，水封罐主要是设置在火炬气进入火炬筒内的位置，其目的是为了防止火炬筒体回火，确保火炬管网、装置的安全。
水封罐的优点是能够将罐内的凝结物质有效去除，为不带挡板的水封罐及时补水[1]。
具体的结构如下图1所示。
2 火炬系统中分液罐和水封罐的设计工艺2.1 火炬系统中分液罐的设计工艺目前我国使用的分液罐类型主要有两种，SH3009-2001、AP1521-2007，不论运用何种计算方式，都需要遵守一点原则，即是：气体的停留时间必须要大于液滴的沉降时间，气体的速度最低值需要满足液体的沉降，其目的是为了防止没有完全蒸发的燃料液体滴入火炬内，引发火雨。
SH3009-2001的计算方式需要三种假设：①分液罐内的存液考虑为30%；②火炬系统进出口管的距离比值为2.5，最高不超过3；③液体降落的时候同气体进出的时间均等。
（2） AP1521-2007计算方法在进行AP1521-2007分液罐计算的时候，假设的内容主要包括液罐的直径和切口距离，需要注意的是最终的实际罐长应该小于假设的罐长，若是通过计算，实际罐长和假设罐长均等或大于，需要重新制定假设罐的长度和直径。
在AP1521-2007的存液计算中，需要考虑以下几点：①气体排放过程中产生的凝液；②气体泄放中液体的排放，要在泄放30分钟左右才能确定泄放液体的体积，近而实施阻止；③分液罐内原本的存液。
火炬计算书
0.24 0.03 0.24
计算分液罐中液滴沉降速度 液滴直径 阻力系最大事故排放
m 液滴密度 0.0003
Kg/m3 气体密度 1200
kg/m3 0.5
计算分液罐的直径 工况1 工况2 工况3 计算水封罐的直径 工况1 工况2 工况3
P614 体积流量 m3/h 火炬气温度 K K1系数 39000 303 66000 303 70000 303 2.6 2.6 2.6
工况1： 焦炉气 开车状态 取最大值的15% 工况2： 焦炉气转化气 工况2： 循环气 驰放气 计算火焰放出的能量 工况1 工况2 工况3 计算火焰长度 工况1 P596 马赫数
火炬气排放量kg/h 火炬气压力kpa 16794.38 100 2519.15 100 30566.25 100 27015.63 100
P617 体积流量 m3/h 火炬气温度 K 液面高度 39000 303 66000 303 70000 303 m
质量流量 kg/h 16794.38 30566.25 27015.63
火炬气温度K 303 303 303 303
绝热指数 1.1 1.1 1.1 1.1
平均分子量 火炬头直径 10.6 10.6 11.4 9.5
体积流量 m3/s 6.211591372 0.931738706
流速
m/s 31.65143297 4.747713152 50.95541401
正切值 0.149999943
液滴沉降速度m/s 3.38
操作压力 Kpa
液滴沉降速度 100 3.38 100 3.38 100 3.38
分液罐直径
P594 气体质量流量kg/h 气体低热值j/kg 16794.38 50000000 30566.25 50000000 27015.63 50000000
火炬系统中分液罐和水封罐设计研究
放工况为气液两相流；③罐内原有积聚液体。应当注意
的是最大泄放工况产生的液体量不一定与最大液体量一
致，所以要同时考虑最大火炬气排放工况和产生最大量
液体的排放工况来计算分离罐的尺寸。分液罐容积简图，
如图 4 所示。
根据我们假定的卧式容器，内径为 ，筒体长度为
L， 其 横 截 面 积 AT ， 罐 内 自 其 它 排 放 源 的 积 液 量 AL1，
（2） 按 照 API521-2007 标 准 计 算 的 试 差 方 法。 根 据其原理，首先要确定液滴沉降时间和气体停留时间， 因此先假设罐的直径 和切向距离 L。对于液滴的沉 降时间，则要计算液滴的沉降速度，沉降速度根据分离 300 ～ 600um 的粒径来定。沉降速度Uc公式见式（1）。
（1）
水封罐应根据火炬气排放的特点选择卧式或立式容 器，对于火炬气排放量较大时宜选用卧式水封罐。卧式水 封罐分为不带挡液板和带挡液板两种型式。带挡液板的水
图 2 立式分液罐结构简图
3 分液罐和水封罐的工艺计算 3.1 火炬系统设计规范标准选用
火炬设计是一个系统工程。涉及的专业有：工艺、管 道、材料、应力、电气、仪表、结构、设备等各专业。目前， 火炬系统设计规范主要采用以下二种：①《石油化工可燃 性气体排放系统设计规范》SH300 9；②《Pressure-relieving and Depressure Systems》API521。卧式分液罐的计算通 常采用 API521-2007 和 SH3009-2013 这两个常用标准。 无论采用哪个标准计算，都应该以整个化工装置火炬气的 特点为前提，即装置在开停车及各种事故状态下，产生 可燃性气体的组成、温度、粘度和压力，最大排放量及 其持续时间与最大允许背压等。两个标准的计算原理都 是根据气体的停留时间大于等于液滴沉降时间，气速应 低到允许液体沉降，以防止未沉降的燃料液滴进入火炬。 3.2 卧式分液罐工艺设计计算
火炬系统分液罐的计算
火炬系统分液罐的计算石油化工厂中各装置无法收集所排放尾气中如果含有凝液的话进入火炬燃烧后会形成火雨，对周围的人员和设备造成损坏，此时需要在火炬系统中设置凝液罐，是保证工厂安全生产、减少环境污染的重要措施，分液罐主要作用是去除火炬气中夹带的凝液和固体杂质，减少火炬气总管中的凝液量，避免液滴夹带到火炬头。
本次文章通过对不同形式分液罐的工艺计算结果，提出了选择建议。
标签：分液罐；分液量；夹带；计算1 引言火炬分液罐是火炬系统的重要组成部分，每根火炬排放总管都应设置分液罐，以分离火炬气中夹带的液滴或可能发生的两项流中的液相。
通常，在装置内设置分液罐以减少火炬气总管的凝液量。
当火炬设置在距装置有一定距离的地点上时，火炬气会在输送过程中产生凝液，因而在火炬气进入火炬筒体之前也要设置分液罐，再次分离凝液，以免液滴夹带到火炬头，造成火雨现象发生。
2 分液罐的形式2.1 卧式卧式分液罐分两种：第一种是气体从分液罐的一端顶部进入而从另一端顶部排出（内部无挡板），成为单向式；第二种是气体在水平轴向两端进入，在中间有一个出口，或气体从中间进入，在水平轴的两端排出，称之为双流式。
当分液罐的直径大于3.6m时，通常采用双流式。
2.2 立式立式分液罐的气体入口设在容器的中部的直径方向，出口设置在容器顶部的竖直方向，入口处应加挡板使气体向下方流动。
3 分液罐计算本次计算数据来源于珠海宝塔石化有限公司二期500万吨/年常减压装置，已知主要数据参数如下：安全阀前112℃，0.05MPag，放空量109.6t/h，平均分子量60；气体粘度=0.01cP，气体压缩系数Z=0.98，排放气体绝热指数k=1.09；火炬管网直管长度800m，弯头90°40个，管道公称直径DN700，内径0.685m；火炬气进口压力P1=150kPa（a），密度ρ1=2.81kg/m?，则放空量Q1=10.83m?/s，流速u1=29.4m/s；火炬气出口压力假定为P2=130kPa（a），密度ρ2=2.44kg/m?，则放空量Q2=12.48m?/s，流速u2=33.88m/s，排放气体的低发热值按炼厂干气低发热值计算。
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火炬系统水封罐计算
SGST 0017-2002
1 总则
1.1 目的
为规范石油化工企业火炬系统水封罐计算，特编制本标准。
1.2 范围
1.2.1 本标准规定了石油化工企业火炬系统水封罐计算的一般要求、计算公式等要求。
1.2.2 本标准适用于石油化工企业火炬系统水封罐计算。
本标准适用于国内工程，对涉外工程应按指定标准执行。
2 计算要求
2.1 一般要求
2.1.1 水封罐能够分离气体中大于等于300 µm～600 µm的液滴。
2.1.2 不带挡液板的卧式水封罐的气体空间高度不小于950 mm。
2.1.3 带挡液板的卧式水封罐的直径不宜小于3 m。
2.1.4 带挡液板的卧式水封罐的分液端不考虑存液，挡液板顶端应高出最高水位200 mm。
2.1.5 挡液板上方气体通道面积应大于进气口截面积。
2.1.6 立式水封罐中气体的线速度取液滴沉降速度的80 %。
2.1.7 水封罐中的有效水量应满足水封罐进气立管长度3 m的充水量。
2.2 计算公式
2.2.1 不带挡液板的卧式水封罐（见图2.2.1）按式（2.2.1-1）和式（2.2.1-2）计算。
式中：
D1——水封罐直径，m；
h1——水封罐内的液面高度，m；
b——系数，由表2.2.1查得；
L1——水封罐进出口中心距离，m；
T——操作条件下的气体温度，K；
Q——气体体积流量，Nm3/h；
K1——系数，一般取2.5～3；
P——操作条件下的气体压力（绝对压力），kPa；
V——液滴沉降速度，m/s。
图 2.2.1 不带挡液板的卧式水封罐示意图
表 2.2.1 系数 b
h1/D1 b h1/D1 b h1/D1 b h1/D1 b
0.02 0.005 0.28 0.229 0.54 0.551 0.80 0.858
0.04 0.013 0.30 0.252 0.56 0.576 0.82 0.878
0.06 0.025 0.32 0.276 0.58 0.601 0.84 0.897
0.08 0.038 0.34 0.300 0.60 0.627 0.86 0.914
0.10 0.052 0.36 0.324 0.62 0.651 0.88 0.932
0.12 0.069 0.38 0.349 0.64 0.676 0.90 0.948
0.14 0.085 0.40 0.374 0.66 0.700 0.92 0.963
0.16 0.103 0.42 0.399 0.68 0.724 0.94 0.976
0.18 0.122 0.44 0.424 0.70 0.748 0.96 0.987
0.20 0.142 0.46 0.449 0.72 0.771 0.98 0.995
0.22 0.163 0.48 0.475 0.74 0.793 1.00 1.000
0.24 0.185 0.50 0.500 0.76 0.816
0.26 0.207 0.52 0.526 0.78 0.837
2.2.2 带挡液板的卧式水封罐（见图2.2.2）按式（2.2.2-1）至式（2.2.2-3）计算。
式中：
D2——分液段直径（可作为水封段直径），m；
L——水封罐筒体长度，m；
L2——气体出口到分液段筒体端部的距离（根据设备结构的要求确定），m；
L3——挡液板与气体出口之间的距离，m；
L4——水封段长度，m。
图 2.2.2 带挡液板的卧式水封罐示意图
2.2.3 立式水封罐（见图2.2.3）按式（2.2.3-1）和式（2.2.3-2）计算。
式中：
D3——水封罐直径，m；
K2——系数，一般取0.8；
H——筒体高度，m；
h1——气体空间高度，m；一般取水封罐直径的1.5倍，但不小于3 m；
h2——筒体下端与液面之间的垂直距离，m。
其余符号的意义同前。
图 2.2.3 立式水封罐示意图2.2.4 液滴沉降速度应按式（2.2.4-1）和（2.2.4-2）计算。
式中：
g——重力加速度，一般取9.81 m/s2；
d1——液滴直径，m；
ρ1——液滴密度，kg/m3；
ρ2——气体密度，kg/m3；
M——气体分子量；
R——气体常数，一般取8314 N·m/（kgmol·K）；
P——操作条件下的气体压力（绝对压力），kPa；
T——操作条件下的气体温度，K；
C——液滴在气体中的阻力系数，由图2.2.4查得。
图 2.2.4 液滴在气体中的阻力系数计算列线图。