火炬分液罐工艺设计及计算

第１３期 收稿日期：２０１８－０４－２４作者简介：马兴亮（１９８８—），男，硕士，工程师，现从事炼油管道设计工作。

火炬分液罐设计计算研究马兴亮，王增辉，韩　雪（中海油石化工程有限公司，山东青岛　２６６１０１）摘要：火炬是处理石油化工中无法收集和再加工的可燃有毒气体及蒸汽的特殊燃烧设施，火炬系统分液罐的作用是去除火炬气夹带的凝液和固体，以免液滴带到火炬头形成火雨。

本论文简要介绍火炬系统分液罐的工作原理、分类及工艺管道仪表流程图的设计。

重点说明ＳＨ３００９－２０１３计算方法并根据流体力学修正计算方法，可不用查图提高准确度及便捷度。

并运用此计算方法校核某炼厂ＭＢＴＥ装置火炬分液罐。

关键词：火炬分液罐；工作原理；设计计算中图分类号：ＴＱ０１５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１８）１３－０１３５－０３ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＤｅｓｉｇｎａｎｄＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＦｌａｒｅＫｎｏｃｋｏｕｔＤｒｕｍＭａＸｉｎｇｌｉａｎｇ，ＷａｎｇＺｅｎｇｈｕｉ，ＨａｎＸｕｅ（ＣＮＯＯＣＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６１０１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＦｌａｒｅｉｓａｓｐｅｃｉａｌｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｆａｃｉｌｉｔｙｔｏｄｅａｌｗｉｔｈｔｈｅｃｏｍｂｕｓｔｉｂｌｅｔｏｘｉｃｇａｓａｎｄｓｔｅａｍｔｈａｔｃａｎｎｏｔｂｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｅｄｉｎｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｔｈｅｒｏｌｅｏｆｔｈｅｆｌａｒｅｋｎｏｃｋｏｕｔｄｒｕｍｉｓｔｏｒｅｍｏｖｅｃｏｎｄｅｎｓａｔｅａｎｄｓｏｌｉｄｓａｎｄａｖｏｉｄｄｒｏｐｌｅｔｓｃｏｍｉｎｇｔｏｔｈｅｆｌａｒｅｔｏｆｏｒｍｆｉｒｅｒａｉｎ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｆｌｏｗ－ｐｒｏｃｅｓｓｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅＦｌａｒｅＫｎｏｃｋｏｕｔＤｒｕｍ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒａｍｅｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｆｌｕｉｄｍｅｃｈａｎｉｃｓｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄＳＨ３００９－２０１３，Ｔｈｉｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｃａｎｈｅｌｐｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ．ＴｈｉｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｃｈｅｃｋｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆａＭＢＴＥｄｅｖｉｃｅＦｌａｒｅＫｎｏｃｋｏｕｔＤｒｕｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌａｒｅｋｎｏｃｋｏｕｔｄｒｕｍ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；ｄｅｓｉｇｎａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ 火炬系统是用于处理无法再回收利用的可燃或可燃有毒的气体或蒸汽的燃烧设施，多用于炼油厂、石油化工厂等，对工厂的安全生产、环境保护有着重要的作用。

火炬操作规程装置概述火炬装置界区占地面积约m3。

火炬总高度m。

负责厂区闪顶放空气、碱液氧化塔、化工轻油脱硫等化工装置正常、开停车及事故排放任务。

工艺流程及简述本火炬系统采用成熟、合理、先进、可靠的工艺、技术和设备，保证对装置排放气体能够及时、安全、可靠地焚烧排放处理。

低压火炬总管进入火炬界区后，排放气总管经分液罐、水封罐进入火炬筒体，通过分子封，最后在火炬头处放空燃烧。

2开工操作2.1开工前的准备2.1.1管线吹扫1．燃料气管线、放空气管线、分液罐、水封罐和火炬筒体的吹扫与蒸气置换可同时进行，原则上从各装置的端头通入蒸气由上游向下游将全部管线及设备吹扫及空气置换。

2．火炬放空系统吹扫完毕后须做氧含量分析，氧含量合格标准由装置统一考虑。

注意事项：严禁在火炬系统投入工作后再将含氧气体排入工艺管线中。

放空气管线吹扫完成后，必须立即将蒸气吹扫系统投用。

2.1.2公用系统检查火炬系统装置启用前，全部公用系统应处于可连续使用的状态，燃料气、仪表压缩空气、蒸汽管线和内传焰管道应吹扫干净，保持管道通畅，各阀门无泄漏。

2.1.3仪表检查1．检查调节仪表、指示仪表、警报系统动作否正确可靠。

2．检查调节阀开度与调节器控制信号是否符合。

3．检查与各装置控制相关的压力、液位、流量、温度信号是否接线正确，与仪表位号是否对应正确。

4．检查自动点火系统是否能正常工作。

5．确认燃料气管线上的气动切断阀工作正常。

6．检查操作室高空点火系统盘面按钮工作是否正常。

7．检查控制程序组态及参数设置是否符合工艺要求。

2.2公用管线启用程序2.2.1蒸汽引入火炬装置中蒸汽的主要用途是供火炬头消烟、分液罐、水封罐和部分地面管线的伴热。

步骤一：打开所有疏水器旁路阀和排凝阀。

步骤二：微开蒸汽总阀，引入蒸汽进行暖管，手动调节闸阀，待排出蒸汽后，关闭排凝阀和疏水器的旁路阀，改用疏水器。

步骤三：确认蒸汽在分液罐、水封罐和火炬头处排出后，关闭各路闸阀。

步骤四：打开蒸汽总阀。

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。

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。

火炬装置水封罐设计和计算的探讨摘要：随着我国大型化工企业的发展，火炬系统作为全厂安全的重要保障，其重要作用日益体现。

本文介绍了火炬系统中重要的设备之一水封罐的设计和计算要点，比较国内外不同规范对设计的要求，分析了水封罐不同种类的溢流口在工程中的应用情况，最后总结了全文。

火炬系统是石油炼化、化工装置中安全、有效地处理排放可燃有毒气体的重要设施之一，是全厂安全生产的最后一道屏障，火炬系统按照燃烧形式及控制方式的不同可分为地面火炬和高架火炬。

其中分液罐、水封罐及燃烧器等是火炬装置的重要组成部分。

本文主要讨论水封罐在设计过程中需注意的一些问题。

1概述水封罐是火炬装置中重要的设备之一，除非一些特殊情况如酸性放空气，低温放空气等可采用阻火器加吃扫气体的方法外，大部分的工程中还是将水封罐作为火炬系统中最可靠的防回火装置[1]。

水封罐的作用主要如下：1.防止火炬发生回火，保护上游管网和装置安全，因此水封罐一般靠近火炬筒体根部布置。

2.可以在火炬气装置设置有气柜等回收设施时，建立系统背压，通过调节水封高度，控制火炬排放系统的背压。

3.维持火炬排放管网压力，火炬管网出现负压时，不会使空气通过火炬头进入系统中。

4.通过调节相应的溢流阀门，维持水位在需求的高度，形成不同高度的水封，从而实现对火炬排放系统压力的分层控制。

在小流量放空时，可以减少火炬头的闷烧现象。

2水封罐的设计计算水封罐的种类包括立式和卧式两种，大型火炬装置中普遍采用卧式水封罐，立式水封罐在放空气量大时，页面的稳定性远不如卧式罐，容易在放空时造成溢流水量过大的问题。

卧式罐对大气量放空气分离效果好，还可以有效降低大直径放空气管道高度，节省投资，根据装置情况，应选择合适的水封罐形式[2]。

目前国内主要的设计标准SH3009-2013《石油化工可燃性气体那个系统设计规范》中涉及到计算的主要要求有：1.水封罐应具备撇除水面上凝液的功能，并能够分离直径600μm的液体；2.水封罐应设置U型溢流管（不得设切断阀门），水封高度大于等于1.75倍水封罐内气象空间的最大操作压力（表压），溢流管直径最小DN50。

火炬系统分液罐的计算作者：张有君来源：《中国化工贸易·上旬刊》2016年第05期摘要：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。

关键词：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/m³，则放空量Q1=10.83m³/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/m³，则放空量Q2=12.48m³/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。

火炬分液罐技术管理文件采气厂普光采气区二○○九年十一月火炬分液罐技术管理文件目录1 设备概况 (1)1.1工艺流程： (1)1.2结构组成： (2)1.3性能介绍 (2)1.4结构原理： (2)2 主要工艺技术参数 (4)2.1主要技术参数 (4)2.2火炬分液罐橇块主要材质： (4)2.3铭牌 (5)3 调试记录 (6)4 设备使用操作规程 (9)4.1消防、气防工用具： (9)4.2检查 (9)4.3操作 (9)4.4注意事项 (10)5 设备维护及保养 (11)5.1火炬分液罐的维护及保养 (11)5.2柱塞式计量泵保养 (12)6 设备常见故障排除 (13)6.1日常故障排除 (13)6.2泵的故障排除 (13)7 风险评价 (14)8 设备及仪表清单 (18)附表1 (22)附表2 (23)附表3 (24)附表4 (25)1 设备概况普光采气区所用的16台火炬分液罐是尺寸为φ1800x3600(S/S)mm的卧式容器橇装设备。

1.1工艺流程：设备工艺流程为：来自放空总管的天然气从容器一端上方进入，在容器前部分离区内经重力分离，液相下降，形成液相区域区，与此同时气体不断从液相中溢出。

在经过TP 板分离元件时，气体中挟带的液体被进一步“滤出”，沿TP 板沉积于容器底部；而气相本身则穿过TP板分离元件进入容器后端上部，脱离气体的油/水也集聚于容器后端下部，从而完成气/液分离。

分离后的气体直接去火炬燃烧，同时液体通过泵增压至11.0MPa后去外输管线。

整个过程均采用自动控制。

设备内部除根据工艺条件合理的布臵了TP板分离元件和各个接口的位臵外，还装设了冲砂管、破涡器、捕雾器等内件，从而进一步保证了整个工艺过程高效顺利的进行。

如图1-1图1-1火炬分液工艺流程图1.2结构组成：火炬分液罐本体包括：壳体；鞍座；管口等。

火炬分液罐附件包括：温度计；液位计；压力表；温度传感器；液位传感器等。

罐底泵1台，包括泵前的流量标定管及泵出口的脉冲阻尼器。