火炬高度计算
高架火炬高度的确定方法
高架火炬高度的确定方法赵晓媛;王伟【摘要】The rationality of the height determination of the elevated flare is important to the safety of the flare system.The main factors affecting the determination of the height of the elevated flare are briefly described.A specific method for determining the height of the elevated flare is presented.%高架火炬高度确定的合理性对火炬系统的安全极其重要.简要阐述了影响高架火炬高度确定的主要因素,提出了确定高架火炬高度的具体方法.【期刊名称】《化工设计通讯》【年(卷),期】2019(045)009【总页数】2页(P39-39,51)【关键词】火焰中心点;热辐射系数;落地浓度;火炬高度;热辐射强度【作者】赵晓媛;王伟【作者单位】江苏中圣高科技产业有限公司,江苏南京 210000;江苏苏美达成套设备工程有限公司,江苏南京 210018【正文语种】中文【中图分类】TE96火炬系统是以符合环保要求的方式安全处理石油化工厂、炼油厂及其他工厂或者装置无法回收的可燃、有毒气体的燃烧设施。
高架火炬是目前行业内应用最广泛的火炬系统，火炬高度对整个高架火炬系统起着至关重要的作用。
高架火炬系统高度的确定方法，包括通过国内外的设计规范计算火炬高度，并通过国内外的大气污染物排放标准核算火炬排放的可燃和有毒气体的落地浓度是否满足要求。
然而国内外计算火炬高度和可燃、有毒气体落地浓度的方法很多，本文通过阐述几种火炬高度计算方法的原理，得出不同计算方法的应用场合；并且结合可燃和有毒气体的落地浓度最终确定火炬系统的高度。
SH3009-2001 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
20- 3 1 0 20- 1发布
20-50 020-1实施
发布
中华 人 民共 和 国 国家 经 济 贸 易 委 员 会
中 华 人 民共 和 国 行 业 标 准
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
S eii t n fr in fegs tm d ut lgs pc c i s ds o ul ss a cmbsb a f ao o e g f a y e n o ie
S 3 0 -2 0 H 0 9 0 1
2 一 般 规 定
201 在燃料气系统和可 .. 燃性气体排放系统的设计中,有关装置或单元应提供下列技术条件: 1 装置或单元 ( 简称 " ' 正常生产产出 以下 装置, ) 燃料气的组成,温度, 压力,小时产量,波动
范围及用量等;
2 装置正常生产 产出 I 可M性排放气体的组成,温度,压力,泄放量, K k 泄放时间, 波动范围及最大
UDC
中 华 人 民 共 和 国 行 ' 4 V标 准
P S H 0 9 2 01 3 0- 0
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
S eii t n fr in fegs tm d mb sbe pc c i s ds o ul ss a c ut lgs f a o o e g f a y e n o i a e s o ss m ptohmi l epi s mi in t i erce c etrr e s y e n a n s
1. / 30-0 1 炼 油厂添加剂设施设计规范 ( 8 S T 920 H 1 代替 S J12-2 S / 30-00 Y 0 58 . T 920 ) H 1
炼油厂火炬高度计算中若干问题的探讨
第23卷 第9期2007年9月甘肃科技Gansu Science and TechnologyV ol.23 N o.9S ep. 2007炼油厂火炬高度计算中若干问题的探讨杨旭耀,王宝辉(兰州石油化工工程公司,甘肃兰州730060)摘 要:火炬高度的准确计算,直接影响到石化企业气体排放系统的运行安全和投资。
随着石化企业规模的扩大和加工技术的发展,正确进行火炬高度计算显得尤为重要。
文章重点讨论了马赫数、热辐射率、受热点水平距离取值对火炬高度计算的影响,并以实例进行论述和对比。
关键词:火炬高度;热辐射率;马赫数;受热点的水平距离中图分类号:TQ637 近年来,随着我国炼油装置规模的不断扩大,作为炼油厂重要安全设施的火炬系统的放空量越来越大,火炬也越做越高,目前最高的已达120m。
火炬高度计算,系遵循《石油化工企业燃料气系统和可燃气体排放系统设计规范》(SH3009-2001)(以下简称《规范》)进行的,但是一些问题尚待探讨。
另外,近年来石化系统各企业都在大力开展熄灭火炬的活动,旨在正常生产情况下不点火炬和长明灯,回收燃料气,同时减少火炬的数量,做到一炬多用,这就更加需要科学可靠的计算方法。
1 现行火炬高度计算方法《规范》中的火炬高度计算方法如下h f=εQ4πq-(x-h3sinΦ)2-h3co sΦ+h t(1)Φ=t g-1V wV a(2)Q=2.78×10-7H v G(3)式中:h f———火炬筒体高度,m;ε———热辐射率;Φ———火焰倾角,(°);V w———火炬头出口处最大平均风速,m/ s;Va———火炬出口气体允许线速度,m/s;q———火炬的热辐射强度,kW/m2;X———最大受热点到火炬筒体中心线的水平距离,m;h———火焰高度,m;h t———最大受热点至地面的垂直距离, m;Q———火焰放出的总热量,kW;H v———气体的低发热值,J/kg;G———气体的质量流量,kg/h。
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。
氨厂尾气处理措施与火炬系统设置要点
氨厂尾气处理措施与火炬系统设置要点氨厂尾气处理措施：1.脱硫：氨厂尾气中含有大量的二氧化硫，需要
进行脱硫处理。
常用的方法有干法脱硫和湿法脱硫两种。
2.脱氮：氨厂尾
气中含有大量的氮气，需要进行脱氮处理。
常用的方法有选择性催化还原（SCR）和选择性非催化还原（SNCR）两种。
3.脱碳：氨厂尾气中含有少
量的二氧化碳，需要进行脱碳处理。
常用的方法有吸收法和膜分离法两种。
4.脱氢氟酸：氨厂尾气中含有少量的氢氟酸，需要进行脱氢氟酸处理。
常
用的方法有吸收法和干法吸附法两种。
5.脱苯：氨厂尾气中含有少量的苯，需要进行脱苯处理。
常用的方法有吸附法和氧化法两种。
氨厂火炬系统设
置要点：1.火炬高度：火炬高度应根据氨厂尾气的流量和成分进行调整，
以保证火焰稳定和燃烧效率。
2.火炬直径：火炬直径应根据氨厂尾气的流
量和成分进行调整，以保证火焰稳定和燃烧效率。
3.火炬位置：火炬位置
应远离建筑物和人员活动区域，以防止火灾和爆炸事故的发生。
4.火炬点
火方式：火炬点火应采用自动点火系统，以确保点火的安全和可靠性。
5.
火炬燃料：火炬燃料应选择高热值、低污染的燃料，以保证燃烧效率和环
保要求。
常用的燃料有天然气、液化石油气等。
《火炬系统设置》(SLDI 233A22-99)
工程设计标准
中国石化集团兰州设计院 实施日期:1999.06.01
火炬系统设置
SLDI 233A22-98 第 1 页 共 18 页
1 应用范围和分类 1.1 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。 1.2 火炬系统通常由火炬气分离罐、火炬气密封罐、火炬烟囱、火炬管道四个部分组成。 1.3 火炬型式可分为高空火炬和地面火炬。高空火炬由烟囱(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。 1.4 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。
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，
(2.2-9) (2.2-10)
−
C
l
=
C
l
Uj Ux
Mj Mx
式中
Cl 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(Cl)，其值按下式计算：
Cl =
100 n Yj
∑ i =1
b) 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。 2.1.3 火炬总管
火炬计算书
项目名称：伴生气回收及综合利用工程记录编号：火炬计算书项目号：DD11002专业：工艺编制：校对：审核：审定：中国石化集团*****设计研究院20** 年**月**日目录1 计算依据 (2)2 基础数据 (2)3 火炬高度和直径的计算 (2)4 结论 (4)1 计算依据《油田油气集输设计技术手册》2 基础数据火炬系统排放气体的基础数据如下表：气体分子量M = 36 kg/kmol气体密度ρ= 1.6 kg/m3排向火炬的气体流量Wv = 1250 Nm3/h气体排放量W = 2000 kg/h气体的温度T = 313 K3 火炬高度和直径的计算以在最大排放量时操作人员有时间从火炬底部撤离为火炬的设计基础，根据操作人员和设备的安全来选择火炬的位置和高度。
为了求得火炬底部位于地坪上任一点P处的热强度，其关系图如下图所示：P点的热强度计算公式如下：q=ε·Q/(4πR2)由上面的关系图可知，R2= x2+H(H+120D)因此P点的热强度可用下面的公式进行计算：q=ε·Q/[4π(x2+H(H+120D))]热辐射强度为22680kJ/(h·m2)时，人在8s后开始感到灼痛，因此当发生事故排除大量可燃气体到火炬时，应给操作人员提供撤离到安全地带的时间，并使其不致收到约高于16800kJ/( h·m2)的热强度。
假定火炬底部的热辐射强度不超过16800kJ/( h·m2)，即16800≥ε·Q/[4π(x2+H(H+120D))]其中：H--火炬高度，m；D--火炬直径，m；q--热辐射强度，kJ/(h·m2)；ε--火焰辐射率；Q--火炬释放的总热量。
（1）火炬的火焰辐射率ε=0.048·M1/2其中：M--气体分子量代入分子量数值，计算得ε=0.288（2）火炬释放的总热量Q=46200·W其中：W--事故时气体最大排放量,kg/h；代入气体排放量值，计算得Q= 9.24×107kJ/h（3）火炬燃烧器直径D2=W/690000·(T/M)1/2其中：M--气体分子量W--事故时气体最大排放量，kg/h；T--气体温度,K；D--燃烧器直径，m；代入各项数值，计算得出D=0.092 m。
火炬计算
计算公式见《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》肯基亚克站内天然气放空火炬(SHJ9-89)1.火炬筒体出口直径基础数据气体的质量流量Q＝84430kg/h 气体的分子量M=20.33操作条件下气体的温度T=298K操作条件下气体的ρ=0.86Kg/m3气体绝热指数K= 1.3气体常数R＝8314N·m/kgmol·K马赫数m=0.5 1).声波在排放气体中的传播速度VsVs＝（KRT/M)0. 5=398.030295m/s 2).火炬出口气体允许线速度VaVa＝mVs＝199.015148m/s 3).火炬筒体出口截面积A A=G/3600ρVa＝0.13702812m2 4).火炬筒体出口直径D fDf＝ 1.128×A0.5=0.41755525m取火炬筒体直径Df＝0.5m2.火炬筒体高度热辐射率ε＝0.2简化计算火炬头出口处最大平均风速Vw=28m/s火炬筒体内气体允许线速度Va=199.02m/s火炬的热辐射强度q＝ 1.5kw/m2最大受热点到火炬中心线的水平距离X=90m火焰高度h=120D f h＝60m最大受热点到地面的垂直距离ht＝2m气体的低发热值Hv＝51949424J/kg 1).有风时的火焰倾斜角φφ＝tg1(Vw/Va)＝0.13977537 2).火焰放出的总热量QQ=2.78×10-7HvG＝1219332.97kw 3).火炬筒体高度hf无风时hf＝（εQ/4πq-X^2）^0.5-h/3+ht=51.55232m有风时hf＝（εQ/4πq-(X-hsinφ/3)^2）^0.5-hcos φ/3+ht=55.21091m 取火炬高度H=60m 3.核算火炬筒体无影响区域半径1).火焰中心至火炬底部受热点的距离RR=（εQ/4πq）^0.5＝113.74324m 1).火炬底部受热点到火炬筒体中心线的水平距离XX2＝R2-Y2＝R2-(H*(H+L))=5737.52465X=75.7464498m。
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马赫数 Ma
0.28 0.278 高空风速 Vw
m/s
42 <8.9
允许热辐射强度 K KW/m2
4.70
4.48 空气密度 ρa
1.293 标准
空气湿度 RH
%
80
出口操作密度 ρe 废气出口速度 Ve 出口直径 Dfl 火焰长度 Lf 总放热量 Qf 热辐射系数m KW
m
2.479 58.1
0.701 82.6
2703717
0.137 63.11
输出数据
实取风速 Vw
m/s
58.2 空气/废气动量比 Er
0.7 位移 A值
位移 B值
火焰中心水平位移 XC m
火焰中心垂直位移 YC m
65
8.90 0.0122 0.00663
27.5 23.0 16.0
<8.9
查表8.1 查表8.2
190
100.9
N/A
220
132.8
N/A
300
校核
合格 合格 合格 合格 合格 合格
0
40
80
120
160
200
240
280
320 地面(m)
备注
设计依据《石油化工企业可燃性气体排放系统设计规范》SH3009-2010.
排放气质量流量 qm kg/hr
平均分子量 Mwa 低热值 Hy
g/mol KJ/kg
71.00 48628.0
平均分子量 Mwa 低热值 Hy
g/mol KJ/kg
操作温度 T
℃
76
操作温度 T
℃
操作压力 P
Mpa(A)
101.325 依常压 太阳热辐射强度 Ks KW/m2
绝热指数 k
1.07
绝热指数 k
事故工况热辐射图 0
火焰中心
H=65
XC=23m 热辐射值=4.48Kw/m2
最 大 受 热 点
热辐射值 Kw/m2 6.3 4.7 3.2 3 2.33 1.58
校核
距火炬中心距离 m
要求距离 m 8
事故排放 开/停车排放 不大于以下值
N/A
N/A
0
N/A
N/A
0
74.3
N/A
170
80.0
N/A
LOGO
高架火炬高度计算
文 件 号 000-DRY-GHJ-0001 编 制 WANG 日 期 2011-10-10
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业主：
卖方：
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项目名称：
装置名称：火炬
输入数据（事故排放，不叠加太阳热辐射。）
输入数据（开停车排放，叠加太阳热辐射。）
排放气质量流量 qm kg/hr
200000