火炬系统是相当重要的组成部分。因此, 对其的安全设计是十分必要的。如果火炬系统设计不合理, 就很有可能导致点火系统不运行、排放气下火雨甚至是爆炸等重大事故。而随着我国科技的进步, 火炬系统及其排放管网的设计水平在不断的提高, 安全保护措施也越完善了。
1 火炬系统概论
火炬排放系统一般都是配置在大型工厂中保障化工装置安全运行以及排放火炬装置中易爆或者易燃的气体。因此, 化工装置中保障安全生产最为重要的装置就是火炬排放系统。简单来说, 火炬排放系统就是一种排放火炬系统压力的装置, 其主要是将火炬装置中的控制阀、安全阀与紧急泄压阀出口与管网相连接, 将排放的各种物料收集起来。
2 火炬最大排放量
在排放火炬气体的时候, 一定要依据关于火炬最大排放量的规定:即需要依据火炬各装置在开工、停工或者是非正常情况下所排出的易燃、易爆气体量作为计算基础, 各个火炬排放系统在非正常事故中排放的最大有害气体量需要按照主体排放装置 (排放气体量最大的装置) 的百分之百以及其他排放装置气体排放量的百分之三十进行计算。但同时需要注意的是气体排放量不能小于火炬系统中两个不同装置的最大排放单点的总排放量;
综上所述, 火炬高度的确定和火炬安全区域设计排放量的确定是依据主体排放装置 (排放气体量最大的装置) 的百分之百以及其他排放装置气体排放量的百分之三十之和进行计算的。同时排除掉两种事故同时发生的情况, 组合不同事故的排放条件, 也不需要考虑一些不可抗拒的因素对于火炬排放系统产生的影响。
3 火炬气排放管道设计的基本原则
首先, 在设置火炬气排放管道的时候应该选择架空敷设的方式, 同时需要配置垫板或者是管道托举物。另外, 如果管道公称直径超过DN800的时候, 则需要减少垫板或者是管托的摩擦系数。在管道支架布置一个径向的限位措施, 如挡铁可以有效的避免管道发生震动或者是跳动。
其次, 将火炬各个生产装置的出口支管通过主体管道的上方接入, 同时保障出口支管与主体管道呈四十五度角斜插入主体管道中, 不仅可以降低主体管道以及管道接口处的压力, 同时还可以平衡不同工况排放过程中火炬装置管网的水理工况, 并且这种做法还可以有效地防止火炬气体将冷凝液传送到火炬气的主体管道中。
最后, 由于通常情况下火炬气管道直径是相对比较大的, 所以在对管道的允许跨距进行设计时, 不仅要考虑到火炬管道自身的刚度以及强度的计算, 同时还要合理计算径向稳定。在火炬气的管道上合理设置切断阀, 并在火炬装置的一侧设置盲板可以有效的保障工厂在各个状况下的正常运行。如发生停车事故等。除此之外, 在选择火炬气管道的弯头时, 应该选择弯曲半径相对较大的弯头, 同时在设计弯曲半径时, 要保证其超过火炬管道直径的两倍到三倍, 这样可以有效的降低局部阻力的损失。
4 火炬气排放管道的相关设计
4.1 设计管道坡度
由于火炬气一般都是由易燃、易爆、有害的成分组成的气体物料, 因此为了保障火炬管道、管网的正常运行, 需要将管道的坡度面向分液罐或者是水封系统, 另外, 其坡度不能低于百分之二。如果管道坡度难免存在低点时, 则需要在火炬管道主体管道的恰当部位设置最低点, 同时在这个最低点处应该布置输送设施及冷凝液收集设施。当然, 最重要的是火炬设计人员在设计时要保证火炬线全程不可以设置高点放空以及低点排凝。
4.2 设计分液及水封系统
由于从各个火炬装置传送而来的低压排放气体是携带着重组分的液滴的, 因此, 为了防止出现下火雨的状况, 需要提前将液相分离, 再燃烧处理这些输送到火炬头的低压排放的气体。从这个角度来说, 设计人员在设计分液罐时, 要保证在最大排放量时排放气有充足的停留分离时间。
火炬系统另一重要设施就是水封罐。水封罐主要有两方面作用, 第一, 其可以有效的避免火炬系统回火, 进而保障火炬排放系统的安全运行, 因此, 在设计水封罐的时候要保证火炬水封罐内的储水量能充分满足火炬气排放管道三米高度的充水量。第二, 水封罐可以有效的控制低压排放系统的背压, 因此水封罐是必不可少的。。
4.3 合理设计火炬气排放管道吹扫系统
火炬气吹扫系统的设置主要是为了促使排放管网可以安全运行, 同时也是满足管道维修与保养的需求。一般情况下, 在选择吹扫介质时常用的都是氮气, 如果缺乏氮气也可以选择蒸汽作为吹扫介质, 但需要注意的是使用蒸汽长时间的吹扫管道系统会导致管道内产生大量的凝液水, 因此需要间隔一段时间在进行吹扫, 同时也可以通过反复接入蒸汽的方法方式生产凝液。
为了保障管网的安全运行, 在准备对火炬气排放管网进行检修之前, 需要利用吹扫氮气或者蒸汽将火炬气吹扫到火炬燃烧才可, 之后方可进行检修。另外, 如果检修管网完成或者是整体施工完成投入运行之前, 还需要利用吹扫氮气或蒸汽吹扫空火炬管网当中的空气。
4.4 设计补压设施
补压设施的设计内容为:在管道线上安装切断阀并且将其与压力变送器连锁, 同时在低压排放管网即在水封罐前布置高压燃料气管线。如果压力变送器在设备工作过程中检测到管网的压力小于设计值时, 就会将与其连锁的自动切断阀打开并向低压管网中通进燃料气体。这样的做法可以有效的避免在气温骤降的情况下, 低压管网气体遇冷收缩, 将外面冷空气吸收到管网中。
4.5 设计充氮设施
充氮管线一般都设计在火炬水封罐之后, 与排放气管道相连。一般情况下都会设置一个限流孔板控制氮气的流动量, 从而维持火炬筒体中的大气正压, 简单来说, 就是当连续氮气逸出火炬头时, 其可以保障空气不会通入火炬筒体当中, 进而提高了火炬系统的安全。
4.6 设计火炬气排放管道热补偿措施
虽然一般情况下, 火炬气排放管道是可以在常压常温下运行的, 但是火炬气排放管道的管径较大且刚性也较大, 如果管道发生了位移, 会产生一种较大的推力推动管架, 所以, 合理的分析火炬气排放管道的应力、布置热补偿措施是必须的。一般情况下, 在设置火炬线的热补偿时是可以利用管道的自然补偿的, 但是如果自然补偿效果不足时, 需要选择并设置补偿器。对于补偿器的设计需要遵循可燃性气体排放系统设计规范要求:即禁止使用膨胀节补偿器, 尽可能的使用π型补偿器。同时在安装π型补偿器时, 为了保障管道系统的等强度, 需要水平安装补偿器。
同时在计算补偿器时不仅要考虑到补偿器的温度, 同时还要考虑到补偿器的压力。在计算补偿器的温度时, 要考虑到在低温管道中不同排放条件下的最低温度、高温管道中不同排放条件下的最高温度。另外, 一般情况下, 一百二十摄氏度是常温排放管道使用蒸汽吹扫的温度。在计算补偿器的压力时, 要考虑到在补偿器温度运行状况下, 排放管道的最高压力值。
4.7 设计火炬简体
保障火炬系统安全运行的又一重要组成部分就是火炬简体的底部排凝结构设计。当前我国很多火炬系统发生事故都是由于没有及时关闭底部的排凝阀。所以, 在设计火炬筒体的底部时, 尽可能的选择u型溢流结构, 同时要及时关闭处于不运行状态下的排凝阀。
4.8 设计火炬气排放管道低点排液的收集以及输送
原则上, 由于火炬气排放管道已经坡向火炬装置, 就无需设置收集及输送冷凝液的装置了, 但是由于实际设计的限制, 火炬管网是存在低点的, 因此, 为了防止在管网内发生积液堵塞管网、管道、阻碍气体的安全排放, 在火炬管网的低点设置凝液收集和传送冷凝液的装置是必须的。同时为了节省人力资源, 也可以设置一种可以使凝液泵自动启动与停止的系统。
5 结语
随着工艺装置不断增加, 规模越来越大, 放空气体的借口也越来越多, 对火炬系统的安全性要求也越来越高。而火炬气排放管网的安全合理设计是保障火炬系统平稳运行的关键因素。本文通过分析火炬气排放管网的设计原则, 探讨了火炬气排放管网的相关设计, 以供借鉴。
摘要：随着经济的快速发展, 我国的煤化工行业也得到了良好的发展机会, 同时我国也逐渐提高了对于环境保护及安全管理的重视程度。而保障煤化工行业安全运行与生产的重要组成部分就是火炬装置。火炬装置也是一种保护生态环境、减少大气污染的环保措施。从这个角度来看, 我国应该加强对火炬系统及其排放管网的安全设计。
关键词：火炬气,排放管网,设计
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