浅析火炬气排放系统的设计

黄永

摘 要：火炬系统是石油化工厂、炼油厂安全的最后一道屏障，通过火炬气排放管网将火炬气安全的输送至火炬设施确保整个工厂的安全至关重要。严格按照相关标准、规范合理进行火炬气排放管网的配管设计，是保证火炬系统安全运行的重要组成部分。

关键词：石油化工；火炬配管设计

1 火炬气排放系统的构成和作用

火炬排放系统分为排放管网和火炬气处理设施两部分。火炬管网将系统各部分排放的可燃气收集起来，输送至火炬气处理设施。系统将工厂生产状态下排出的火炬气及开停车、试车时产出的气体燃烧处理后排放至大气，同时可作为事故状态下的安全措施。

2 设置火炬系统的原则和最大气量的计算

2.1 设置火炬系统的原则

火炬排放系统为全厂装置事故状态下的安全出口， 在装置各种突发状况下可以尽快的进行排放，确保全场运行稳定和系统安全，对于成套的大型装置，存在可燃气排放要求的系统必须要设置火炬，一般情况下可按照排放气性质分类设置不同类型的火炬。

2.2 最大火炬气量确定

在工厂发生停水、仪表风停供、停电、设备事故等突发情况的组合工况下， 最大排放量确定主要有以下几个原则：

1） 全场最大排放量不考虑所有装置同时最大量排放的情况；

2） 排放总量按厂内单个装置最大事故排放量+全厂其余装置排放量的30%计算，但不应低于系统中两个不同装置的最大单点泄放量。

3 火炬系统管网设计规定

首先，火炬气管网通常选择架空敷设布置，在管道下设置管托或者垫板。对管径大于DN800的管道，需要降低管托或者垫板的摩擦力，设置聚乙烯垫片或者其他可以降低摩擦力的措施。为了避免管道排放时发生震动，可以在管架上设置径向限位措施，约束管道的形变方向。其次，火炬支线与主管连接时要沿着45度方向焊接且只能从主管上方连接，这样可以降低管道接口处和主管的整体压力，还可以避免各装置同时排放时发生气体顶牛的状况，也减少了火炬支管中的冷凝液排放至主管中的概率。最后，由于火炬气管径较大，在进行管架的跨距设计时，不仅要进行管道的强度和刚度计算，同时要进行径向的应力分析。同时为了减少火炬管道的阻力损失，管道弯头曲率半径最好大于管道直径的二到三倍，这样在大量排放时不至于在弯头处产生较大的冲击力。

4 火炬管道敷设的其他设计要求

4.1管道敷设坡度设计

火炬管道输送的一般都是易燃易爆的气体，同时会伴随有凝液，所以管道敷设一般会要求以不小于千分之二的坡度坡向分液罐或者凝液回收装置，以确保管网没有低点存在，防止长期运行过程中积存凝液对系统造成危害。

4.2 火炬线管道的吹扫设计原则

火炬线开停工检修前，都需要对火炬管道进行吹扫，确保管线内部不存在可燃气和助燃气以保证官网运行的安全。通常情况下选用氮气作为主要的吹扫介质用来置换管道中的其他气体，在特殊情况下也会选用低压蒸汽作为吹扫介质，不过蒸汽吹扫会产生大量的凝液，需要进行排凝，或者用干燥。通常以火炬设施出口的含氧量作为检测标准，当含氧量低于2%时，可认为管线吹扫完成。可以进行接下来的维检修工作，或者是生产的投运营。

4.3 分液罐和水封系统设计

火炬气来来自各个装置，不可避免的会携带重组分液滴，这些液体一旦进入火炬燃烧设施，将会出现“下火雨”的状况，对火炬设施周围造成极大的安全隐患，所以必须在进入火炬前将液体分离出来，所以需要设计人员在计算分液罐时，要确保最大的排放量的工况下，火炬气中的液滴有足够的分离时间，尽最大可能将火炬气中含有的液滴减少到最低。

火炬系统中还需要设计水封罐，水封罐的主要作用有2个方面，不仅可以避免火炬燃烧时发生回火现象，不至于造成火苗进入火炬管道，带来燃爆的风险，这就要求水封罐的储水量要最少达到火炬气排放管道3米高度的充水量，而且通过水封罐可以控制火炬排放系统的背压，保证进入火炬的可燃气压力不至于太高。

4.4 管网压力补充的设计及充氮设施

鉴于外部环境骤降的情况下，会导致管网气体压力降低，从而导致火炬口空气倒吸入管网中，对火炬的安全运行造成伤害，所以一般情况下会在水封管前接入高压燃料气管线，通知壓力控制阀及压力变送器对低压管线进行压力补充，当检测到低压管网压力降低时会打开阀门对低压管网进行充压。同时在火炬水封罐之后，火炬底部设置氮气充气装置，确保整个火炬筒体处于微正压状态，防止外部空气进入火炬筒体带来安全隐患。

4.5火炬管道的热补偿设计

由于火炬排放量的不确定性，结合火炬管线的管径较大，在大量排放时容易对火炬管线产生较大的推力，对整个系统的管架带来较大的作用力，所以对于大管径的火炬线进行应力分析，设置必要的热补偿是十分必要的，尤其是对于蒸汽吹扫的火炬线还可能带来温度的较大变化。

通常情况下火炬线的补偿都是选用自然补偿，也就是通常说的π弯补偿，考虑到火炬线管径较大，通常火炬线的补偿为水平设置，并在补偿管线前后设施滑动管托和固定管托，防止管线产生较大的位移，对管网整体的安全带来影响。

4.6火炬管网低点排液及收集

通常火炬管线整体坡向火炬分液罐，就不需要另外设置凝液排放及收集设施，但是实际中由于受到地形，装置接口标高，管架设计等诸多因素的影响，特别是大型炼厂管网往往总长度达到几公里，难以保证整体一个坡度，这就需要在合适的地点设计低点凝液回收装置，不仅可以减少火炬线内的阻力，还可以提高火炬线使用寿命，确保火炬线运行安全。

4.7火炬筒体的设计要求

随着技术的更新火炬筒体的设计越来越简洁高效，火炬底部的排凝阀作为火炬系统最后一个排凝设施，要在排凝结束后及时关闭，选择u型溢流结构，可以有效的防止误操作带来的潜在危险。

5 结语

现代炼厂装置越来越多，规模也在不断的扩大，导致火炬系统的接口也越发增多，这就对火炬系统的安全性提出了更高的要求，如何尽最大可能确保火炬系统的安全，从而提高整个工厂的安全将变得越来越重要。

参考文献：

[1] 王松汉.石油化工设计手册第四卷工艺和系统设计[M].北京：化学工业出版社，2002.

[2] 李长富，安英爱，刘茵.火炬排放管网系统设计[J].化工设计，2009，19（3）：27-29.

[3] 石油化工可燃性气体排放系统设计规范[S].SH3009-2013.