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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。
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：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。
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。
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。
氨厂尾气处理措施与火炬系统设置要点氨厂是生产氨气的工厂，其尾气排放中含有大量的氨气，如果不经过有效的处理措施，会对环境和人体造成严重的影响。
因此，氨厂尾气处理是必不可少的环境保护工作。
一、氨厂尾气处理措施：1.高温焚烧：高温焚烧是常用的氨厂尾气处理方法之一、通过将氨气经过高温燃烧，使其转化为氮气和水蒸气，减少氨气的排放量。
同时，高温焚烧还可以杀灭其他有害气体，提高尾气的处理效果。
2.催化氧化：催化氧化是另一种常用的氨厂尾气处理方法。
该方法通过在氨气尾气中添加催化剂，使氨气与氧气发生催化反应，将氨气转化为无害物质。
催化氧化有较高的处理效率和能耗低的优点。
3.吸收浓缩：吸收浓缩是将氨气尾气通过吸收剂进行吸收和浓缩，最终得到含有高浓度氨气的液体。
该方法适用于对氨气的回收利用需求较高的氨厂，可以有效地减少氨气的排放量。
4.吸附分离：吸附分离是利用吸附材料对氨气尾气中的氨气进行吸附和分离的方法。
该方法可以高效地将氨气从尾气中去除，使得尾气中的氨气浓度达到环保要求。
二、火炬系统设置要点：火炬系统是氨厂尾气处理系统中的重要组成部分，其设计和设置要点如下：1.火炬高度：火炬高度应根据氨厂尾气的气体流速和温度来确定。
一般来说，火炬的高度越高，尾气的扩散效果越好，排放的气体也会更好地稀释，降低对环境的影响。
2.火炬形式：火炬系统可以采用开放式或封闭式，具体选择取决于氨厂的实际情况和要求。
开放式的火炬系统更容易进行维护和检修，但可能会对周围环境产生一定的噪音和污染。
封闭式的火炬系统可以减少噪音和气体泄漏，但需要进行更加严格的操作和维护。
3.火炬喷口：火炬喷口的设计要考虑到气体流速、温度和背压等因素。
喷口的形状和尺寸应能够满足气体的流通要求，避免产生过多的湍流和阻力。
同时，喷口的材质应具有抗腐蚀和耐高温的性能，以保证系统的稳定运行。
4.火炬燃烧器：火炬燃烧器的选择应根据氨气尾气的特性来确定。
燃烧器应具有较高的燃烧效率和稳定性，能够在各种工况下正常工作。
火炬计算的参数分析弥勇;李文杰【摘要】通过对化工装置中火炬的计算,分析了火炬计算中影响高空火炬高度和直径的主要参数;对国内目前应用较少的地面火炬的计算进行了初步探讨.结果表明,影响火炬计算结果的最主要的因素为火炬气流量以及人为规定的热辐射强度等.在排放量为200t/h、热辐射强度为1.58 kW/m2要求下,高空火炬烟囱直径和高度分别约为0.82 m和60 m;地面火炬的安全距离必须大于30.3 m.【期刊名称】《化工生产与技术》【年(卷),期】2010(017)002【总页数】3页(P49-51)【关键词】火炬;高度;热辐射强度;安全距离【作者】弥勇;李文杰【作者单位】中国寰球工程公司,北京,100029;中国寰球工程公司,北京,100029【正文语种】中文【中图分类】TQ052.73火炬适用于处理石油化工厂、炼油厂发生事故时或者正常生产排放大量易燃、有毒、有腐蚀性的气体时的设计。
火炬系统通常由分离罐、密封罐和火炬筒体等组成。
按照燃烧器是否远离地面，型式可以分为高空火炬和地面火炬[1]。
环保的要求使得化工装置中对环境有危害的排放气的排放更加的严格，相应的规模扩大意味着火炬设计需要不断的完善。
在熄灭火炬、回收燃气、减少火炬数量等方面，国内相关设计者已经作了很多的工作。
本文针对火炬计算中的相关步骤，对影响火炬计算结果的相关参数进行严格地比较分析[2]。
高空火炬燃烧器远离地面，采用竖立的火炬筒体将燃烧器（火炬头）高架于空中，火炬气通过筒体进入燃烧器，然后进入大气。
当火炬设计处理量高于30 t/h时，采用高空火炬（减少地面热辐射强度，有利于热量扩散）。
现行的火炬计算执行标准有SH 3009—2001和HG/T 20570—95，2者的基本原理是一致的，本文采用HG/T 20570—95进行火炬的计算[3-4]。
计算实例参数：均取排放到火炬的气体的最大值。
火炬气的排放量为200 t/h，平均相对分子质量为20，温度为180℃，绝热指数为1，热值为 8 kJ/kg，火炬顶部内侧压力为103 kPa。
SH 3009-2010中华人民共和国石油化工行业标准石油化工企业可燃性气体排放系统设计规范SH 3009-2010条文说明2010 北京目次3一般规定 (3)4全厂可燃性气体排放系统的设置 (3)5设计排放条件的确定 (4)6全厂可燃性气体排放系统管网 (5)7分液及水封 (6)8高架火炬 (10)8.1允许热辐射强度 (10)9地面火炬 (14)9.1地面火炬的设计原则 (14)9.2封闭式地面火炬 (15)9.3开放式地面火炬 (15)10火炬气回收 (16)石油化工企业可燃性气体排放系统设计规范3 一般规定3.2 为避免全厂可燃性气体排放系统规模过大和工程投资过高，或在为满足环保要求的特定情况下，通常采用自动控制连锁减排系统以减少或消除工艺装置在紧急事故时可燃性气体的排放。
如：由停电引起空冷器风扇停止转动、冷却水中断、塔冷却回流中断等事故时，使用自动控制连锁系统切断热量的输入，可以大大减少或消除可燃性气体的排放。
但自动控制系统不可能百分之百无故障，在确定全厂可燃性气体排放系统时不能不考虑自动控制连锁减排系统发生故障的可能性。
另外，国外某些标准在这方面也有明确的规定。
3.5 理论上讲，高于常温并含有碳五以上烃类或水蒸气的可燃性气体，随着温度的下降会有一部分冷凝液析出。
但通过对放分液罐的使用情况调查发现，重组分装置附近的放空油气管道内存液很多，在装置运行期间，装置边界处分液罐内的凝结液经常处于满负荷。
很多炼厂反应放空油气刚出装置时带油多。
分析其原因，显然大部分的凝结液不是在离开装置这一段裸管因冷却而形成的，而是气流夹带出来的碳5以上的烃类物质。
因此，采用在装置内先进行分液罐分液然后送出装置。
这样做有以下优点： a装置操作人员可直接掌握放空油气夹带液滴的情况，有利于操作；b便于对分液罐的管理与操作；c便于分液罐内的轻质馏份回收处理；d有利于系统管网的安全运行。
3.7 大多数石油化工装置可燃性气体的安全泄放压力较低，而通常全厂可燃性气体排放系统管网复杂且管道的路线较长，装置内外统一进行水力计算可以科学优化放空气体管网的规模；统一进行管系的应力计算，有利于避免大直径管道配管的难度。
浅谈输气站场及阀室放空系统的设计摘要：论述了天然气站场、阀室的放空系统工作原理，研究了一般站场、阀室采用的放空点火系统特点，简单讨论了放空立管、放空火炬、安全阀等的计算，提出了比较符合实际情况的计算方法。
关键词：天然气站场；放空；点火；安全阀放空系统由放空立管和放空点火部分组成，它广泛应用于输气管道上的站场及阀室。
天然气放空直接排入大气会对大气环境产生较大危害，不点火燃烧会对周围的农作物、民宅产生不良影响；由于输气站场、阀室排放量较大，目前环保部门一般都要求对线路站场、阀室的放空天然气进行点火排放。
在天然气管道输送工程中，放空管主要用于线路阀室和站场的检修及事故放空，是间断性工作。
本文主要介绍在天然气储运工程中，采用的放空系统及主要部分的计算思路。
1 放空系统的组成及点火系统工作原理1、放空系统的组成及作用站场放空系统由管道与设备放空管、放空立管和放空点火部分组成，是天然气站场的重要系统之一。
放空系统主要作用是在检修、发生意外、进出站的压力超压时进行放空，为减少对环境的危害需点火燃烧后排放。
准确计算放空系统不仅可以实现对站场内设备、管线的泄压保护，还可以节省工程建设费用，方便日后运营管理。
2、点火系统工作原理由于天然气输送工程中，放空系统的主要作用是检修和以备意外事故，因此点火系统主要负责引燃放空管内的放空天然气。
点火系统根据各工程现场情况的不同，主要有以下几种工作方式：1）手动点火它是一种简易的火炬点火方式。
主要原理是在地面点燃带有压力的点火天然气，然后火焰沿传火管壁向上传燃。
这种点火装置采用便携式直流点火器进行点火，适用于现场没有电源的场合。
它的点火电源采用12V可充电式镉镍圆柱密封碱性电源，具有寿命长、放电电流大等特点，充放电次数达10000次以上，每充一次电可累计点火时间大约60min。
2）高空或地面电点火它主要由长明灯、引火筒、高能（压）电点火、电嘴、导电杆及专用电缆组成。
根据点火位置不同，一种是在高空点火成功引燃长明灯从而引燃放空气体；另一种是点火系统在地面点火成功后通过外传火管传到放空管的顶部，点燃放空气体。
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。
1 火焰中心点的计算方法目前国内外火炬高度的计算模型均为Hajek 和Ludwing 单点源方法：D =τ·F ·Q 4π·K式中：D 为火焰中心至受热点的距离，（m ）；τ为通过大气传播的辐射热量的比例；F 为热辐射系数；Q 为火焰产生的热量，（kW ）；K 为允许的火炬热辐射强度，（kW/m 2）。
但是确定火焰中心点和计算τ的方法不同，主要的方法有以下几种：API521 Simple 方法、Brzustowski ’s 和Sommer ’s 方法以及G.R.Kent 方法等。
1.1 API521 Simple 方法Simple 方法是自1969年在API521发表至今一直运用了很多年的方法，该方法是基于几组实测数据制作的火焰长度与气体低热值相关联的对数坐标图，并且结合火炬筒体出口处侧向风与火焰变形的近似关系图，通过图解法得出火焰中心点的位置，根据火焰中心点和接收点的几何关系进而计算得出火炬的高度。
此方法需要使用两种经验图，且两幅图的制作均基于各种氢和碳氢化合物的实际观测数据。
另外，通过与实际火炬的火焰长度作比较，该方法计算的数据与实际偏差比较大，尤其是在较大排放量时，其计算结果不太合理。
因此Simple 方法不适用较大排放量，或者含有醇类和脂类等成分的排放气体。
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)283 P(工况压力，MPa)0.105ρ1(液密度，kg/m3)760.0ρ2(气体相对密度)0.635 d m(液滴直径，μm)300 Q n(标况下气量，m3/d)500000 g（重力加速度，m/s2）9.81 K1（系数，取2.5~3） 2.5 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)0.765ρg(工况下气体密度，kg/m3)0.77 M(气体相对分子量)18.39 x 5.62 y 1.28 K105.17μ(气体粘度，mPa·s)0.0105 Ar（阿基米德准数）1391.52 3、卧式单流分液罐计算（双流式气量减半）Re（雷诺数）26.86 C（液滴在气体中的阻力系数） 2.57 V（液滴沉降速度，m/s） 1.23 D1（卧式分液罐计算直径，m） 1.50 D（卧式分液罐选取直径，m） 1.50 L1（进出口管之间的距离，m） 3.75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） 2.75h1（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。
