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分析開放式地麵火炬防護距離的確定

文章來源:http://www.namartinstories.com/news/38.html 發表時間:2018-09-14
開放式地麵火炬在乙烯和天然氣的領域被各大企業所接受,但因其安全防護距離在國內標準裏沒有相應的標準,其應用在一定程度上受阻。下麵將從以下幾個方麵來介紹開放式地麵火炬的防護距離。
一、開放式地麵火炬流程及結構特點
(一)簡單流程及結構
帶壓火炬氣首先經分液罐、水封罐後進入排放氣集氣總管,為適應不同工況和排放氣流量變化的要求,采用分級控製、分級燃燒。即根據正常排放、事故排放等不同情況分成N級燃燒係統,每級燃燒係統管線上設置有級燃燒係統管線上分別設有氣動切斷閥。
(二)主要結構及燃燒特點
(1)分液罐和水封罐
分液罐是開放式地麵火炬成功安全燃燒的前置條件,按API-RP521“Guide for Pressure-Relieving and Depressuring Systems”和《石油化工企業燃料氣係統和可燃氣體排放係統設計規範》SH3009-2001,依據更大排放條件分別計算求得分液罐及水封罐的大小,從而使火炬氣中無大於30µm的液滴,以確保開放式地麵燃燒係統可靠安全運行,同時回收凝液中的烴類組份。並利用分液罐防止回火及可能產生的爆炸。
(2)防輻射金屬圍欄
金屬圍欄在開放式地麵火炬中起到了兩方麵的作用。其一:防止地麵火炬輻射熱的低空輻射。其二:為火炬氣的充分燃燒提供空氣。其三:削弱噪聲。因此金屬圍欄的設計為非透明型的,風載荷符合當地的氣象條件,地震負荷符合當地的地質條件。
(3)地麵燃燒器
按更大燃燒量設計的很多個多孔地麵燃燒器成排排列,與其周圍的防輻射金屬圍欄共同組成火炬燃燒區域,大股的火炬排放氣通過很多隻地麵燃燒器而分成許多小股,以利於排放氣與空氣混合,增加與空氣接觸麵積,空氣與排放氣的混合主要是依靠排放氣自身的壓力和特殊結構的地麵燃燒器來完成,在設計合理、維護保養可靠的條件下可保證100%無煙燃燒。
(4)長明燈及點火係統

長明燈保持常燃,以便任何時刻有排放氣排放都能立即點燃,以確保係統燃燒安全。燈型設計可保證在惡劣環境下能夠可靠點火,火焰可抵禦12級大風及暴風雨雪。點火係統具有火焰檢測和自動點火功能。電點火器可以實現自動、遙控、現場手動三種點火方式。

二、開放式地麵火炬與周邊設施防護距離的探討
開放式地麵火炬在國內還處在起步階段,科學、合理確定防護距離,既可以有效減輕事故的危害,也可充分利用有限的土地資源。石化項目防護距離主要依據衛生防護距離和安全防護距離確定。衛生防護距離是指在正常生產條件下,無組織排放的有害氣體從車間或單元的邊界擴散至居住區邊界後,達到限製濃度所需的更小距離;安全防護距離主要是指在發生火災、爆炸、泄露事故時,防止和減少對人員傷亡、中毒、鄰近裝置和財產破壞所需的更小距離;
因此開放式地麵防護距離確定的基本原則主要是:
1.熱輻射的作用2.噪聲的危害3.完全燃燒後的排放濃度4.節約用地。其中熱輻射作用是其中更關鍵的因素。
(一)開放式地麵火炬的熱輻射
燃燒產生的熱輻射會對人和設備造成損害,更甚的可能會使周邊設施泄漏出來的燃燒源達到一定的爆炸能量。
對於地麵火炬,以火焰的燃燒性質作為設計主要考慮的內容,在API-RP521《Guide for Pressure-Relieving and Depressuring Systems》中從火焰的性質、煙霧、輻射、噪聲和汙染等方麵提出了設計要求。同時確定了相關計算方法,包括火炬直徑、長度、高度以及由風速引起火焰變形的計算,而水平方向的輻射熱與距火炬中心水平距離之間的關係按照API-RP521[1]有公式可表示。同時API也強調必須結合實際的模擬計算,現在國外已有相應的軟件對此進行模擬計算。
(二)開放式地麵火炬的噪聲
火炬燃燒產生的噪聲主要來源於火炬的燃燒器與周圍空氣相混合的噴射氣體、消煙媒介以及相關的混合、燃燒。高架火炬為改善燃燒狀況、減少黑煙產生,會在火炬頭處注入蒸汽或強製鼓風,從而大大增加了火炬的噪音,在其更大量排放時方圓幾千米似乎置身於飛機場之中。地麵火炬係統的排放在設計上可以實現分級控製。在排放壓力不足時,係統需要使用少量蒸汽,一般隻在前幾級燃燒器中設計采用蒸汽助燃消煙,而其餘燃燒器無需蒸汽。
(三)開放式地麵火炬完全燃燒後的有害氣體濃度
燃燒後的有害氣體濃度是開放式地麵火炬在設計中必須考慮的問題,因此目前開放式地麵火炬基本上都用乙烯和天然氣的領域。寧波禾元化學有限公司180萬噸甲醇製烯烴去火炬處理組份主要為乙烯、丙烯、甲醇氣、丙烷等,這些物質在其完全燃燒後的組份為CO2和H2O,有害氣體濃度基本為0。因此如何確保火炬氣體完全燃燒是開放式地麵火炬的關鍵。
(1)長明燈點火係統必須靈敏、穩定。抵禦外界的不確定因素,比如台風、暴雨、大雪,保證流量發生巨大變化條件下廢氣的穩定性。
1、正確設計火嘴係統。尤其重要的是從燃燒區獲得足夠的機械動能來提高混合率;
2、可靠的多個長明燈設置。入口壓力高,長明燈明采用了引射技術火焰,可抵禦12級大風及暴風雨雪;
3、火嘴離地麵有較大的高度差,同時整個燃燒區設置良好的排水係統,以確保暴雨時不受淹;
4、穩定可靠的自動檢測、控製、聯鎖係統;
5、多種點火方式,同時還設計有備用點火係統。
(2)足夠的空氣以保持穩定燃燒。
1、燃燒器與防輻射金屬圍欄之間相隔一定的距離以保證圍欄頂部有足夠的空氣進入燃燒區域;
2、每排燃燒器相距一定距離;
3、向上直燒的方式增加熱的對流和自然通風;
4、燃燒器利用廢氣壓力促使空氣與廢氣充分混合;
5、架空的金屬圍欄可保證地麵火炬四周的自然通風;
6、考慮斷電時有煙燃燒情況下可將備用空氣送到係統中。
(3)排放速率的合理控製。
多級燃燒控製係統以減少火炬係統的瞬時排放量,使得排放燃氣的壓力和流量控製在燃燒器的負荷範圍內;設置爆破片作為氣動切斷閥的旁路以確保係統的可靠燃燒。
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