1. 裝置簡介
火炬是處理石油化工廠、煉油廠當(dāng)發(fā)生事故時(shí)或在正常生產(chǎn)中排放大量易燃、有毒、有腐蝕性氣體用的。火炬形式可分為高空火炬和地面火炬。火炬形式的選擇應(yīng)根據(jù)火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處理量、項(xiàng)目所在地的總圖布置以及環(huán)境保護(hù)的要求等因素確定。
地面火炬系統(tǒng)由火炬的內(nèi)外設(shè)備組成，火炬的內(nèi)部有成排的高壓燃燒器和低壓燃燒器，所有的火炬管線埋在地面下以避免燃燒過程中的熱輻射；圍墻將燃燒器與外部輔助設(shè)備分隔開，考慮到空氣的流進(jìn)，金屬圍欄的底部被架空，但仍可以通過在圍欄的支撐結(jié)構(gòu)上增加面板來屏蔽掉熱量。每個(gè)燃燒室的設(shè)計(jì)原理相同，每級燃燒器的操作通過壓力來控制，利用緊閉切斷蝶閥開／關(guān)來達(dá)到分級燃燒的目的，通過使用釋壓裝置如防爆閥或防爆針以保證安全。每一級設(shè)有兩個(gè)長明燈，點(diǎn)火系統(tǒng)與高架火炬相同，多個(gè)長明燈確保安全，不需要蒸汽和強(qiáng)制通風(fēng)，即可達(dá)到100％燃燒。無論何時(shí)，如果火炬氣的壓力不足，可能需要少量的蒸汽。燃燒室周圍安裝垂直金屬圍欄，此吸熱圍欄將地面熱輻射隔離在內(nèi)，使其不向四周擴(kuò)散，圍欄外面的輻射熱低于1.6kW／㎡。地面火炬的主要部件包括：多點(diǎn)的火炬燃燒；長明燈、排放點(diǎn)火器和火焰檢測器；支持結(jié)構(gòu)和輔助設(shè)備；分液罐；液體密封；管道系統(tǒng)；輔助設(shè)備。地面火炬不能用于有毒物質(zhì)的焚燒。地面火炬周圍最小無障礙區(qū)的半徑為76～152m，且應(yīng)設(shè)圍墻以確保安全。
高架火炬即采用豎立的火炬筒體將燃燒器（又稱火炬頭）高架于空中，火炬氣通過火炬筒體進(jìn)入燃燒器，燃燒后的煙氣直接進(jìn)入空氣中，隨氣流擴(kuò)散至遠(yuǎn)處。根據(jù)火炬筒體的支撐形式，高架火炬又可分為塔架式、半塔架式、自支撐式、拉線式，如圖2.42所示。高架火炬主要包括分液罐（也稱排放罐，有的火炬系統(tǒng)不止一個(gè)）、密封罐（大多用水封，稱為水封罐）、火炬收集管線、火炬筒體、火炬頭、氣體密封、長明燈及監(jiān)測長明燈的熱電器、清煙裝置、航標(biāo)指示燈、點(diǎn)火設(shè)施、監(jiān)視電視（一般離火炬有一定距離）。
高架火炬和地面火炬的區(qū)別：地面火炬處理量比高架火炬小，不能燃燒有毒氣體。地面火炬開啟過早會(huì)產(chǎn)生回火現(xiàn)象，開啟過晚會(huì)造成憋壓。高架火炬由于火炬氣出口速度較快，其燃燒所產(chǎn)生的噪聲是無法避免的。高架火炬在放空燃燒時(shí)，火炬頭處所產(chǎn)生巨大火焰造成的熱輻射對高架火炬附近的工作人員及設(shè)備有很大的影響。環(huán)保方面看，地面火炬比高架火炬好，從投資及維護(hù)方面來看，地面火炬成本較高，但是運(yùn)行成本低且維修方便。
高架火炬典型工藝流程示意圖見圖2.43。
2．火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
①. 不同處理的介質(zhì)和不同工作條件有不同的火炬系統(tǒng)
在開車、正常運(yùn)行、停車和事故時(shí)排放的氣體均要送火炬處理。以各種情況下最大排放量來進(jìn)行火炬系統(tǒng)處理能力的設(shè)計(jì)，同時(shí)要保證在一個(gè)寬的流量范圍內(nèi)系統(tǒng)運(yùn)行良好。火炬系統(tǒng)本身要保證生產(chǎn)裝置安全運(yùn)行，并應(yīng)考慮對環(huán)境的影響，消除和盡量減少對大氣的污染、噪聲等。當(dāng)兩火炬集中布置時(shí)，火炬的間距應(yīng)使一個(gè)火炬燃燒最大氣量時(shí)所產(chǎn)生的輻射熱，不影響另一個(gè)火炬檢修工作的進(jìn)行。火炬的防空標(biāo)志和燈光保護(hù)應(yīng)按有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。
②. 安全閥和控制閥的排放系統(tǒng)管道
安全閥和控制閥排放系統(tǒng)按有關(guān)規(guī)定來設(shè)計(jì)。該排放系統(tǒng)若與火炬系統(tǒng)相連，其管道材質(zhì)不能低于碳鋼，對于可能產(chǎn)生低溫和高溫的部分要做應(yīng)力分析計(jì)算，選用適宜的材質(zhì)和進(jìn)行相應(yīng)的加工處理。排放管道最好從上方與火炬系統(tǒng)總管45°相連，以免產(chǎn)生排氣、排液死角。
③. 火炬總管到分離器要有一定坡度以便排液，坡向分離器坡度不小于2‰，對于排液死角要設(shè)排液口并將排出液回收儲(chǔ)存。
④. 要考慮溫度對管路的影響，設(shè)置溫度補(bǔ)償?shù)呐蛎浌?jié)，一般用環(huán)形的，特殊情況下用波紋形膨脹器。如果總管與總管相接或總管與支管相接，其接頭處材質(zhì)取兩者材質(zhì)高者，且其長度在接頭處上游至少要有5m。
⑤. 為避免火炬系統(tǒng)發(fā)生內(nèi)爆炸或產(chǎn)生其他不安全因素，火炬氣總管的上游最遠(yuǎn)端設(shè)有固定的吹掃設(shè)施，該吹掃設(shè)施包括一個(gè)流量計(jì)、一個(gè)止回閥和一個(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門。所有的火炬總管都應(yīng)設(shè)氮?dú)獯祾哂密浌芙涌凇３Ｓ玫拇祾邭馐走x為可燃?xì)怏w（如燃料氣），但對于低溫管線，吹掃氣在最低溫度時(shí)應(yīng)不發(fā)生部分或全部冷凝，對此一般采用氮?dú)獯祾摺?/span>
⑥. 火炬氣分離罐（分液罐）
每根火炬排放氣總管都應(yīng)設(shè)分離罐，用以分離氣體夾帶的液滴或可能發(fā)生的兩相流中的液相。為防止產(chǎn)生“火雨”，分離罐的分離能力為至少將不小于400μm的液滴分離下來，最好將不小于150μm的液滴也分離下來，盡量減少液滴夾帶。分離罐選用直徑一般為其長度的1／3～1／2，并為火炬總管尺寸的3～4.5倍。分離罐的尺寸是以排放物流中最大排液量計(jì)算，儲(chǔ)存10～30min的排液量，一般取20min。如果已另外設(shè)置了單獨(dú)的液相收集系統(tǒng)，或者在最大火炬負(fù)荷的緊急情況下也不會(huì)有大量的兩相流排出，此時(shí)可以讓排放物流不經(jīng)分離罐，只設(shè)一個(gè)與液體收集系統(tǒng)相連的集液管就可以了。有的項(xiàng)目火炬氣分離罐（分液罐）為臥式，有的項(xiàng)目為立式，分離罐（分液罐）的布置高度影響著整個(gè)裝置管廊的布置高度，在配管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量降低分離罐的布置高度。
⑦. 火炬氣水封罐
水封罐的作用是防止回火現(xiàn)象的發(fā)生（防止回火的設(shè)施還有速度封、分子封等），假設(shè)發(fā)生回火，火焰通過火炬氣出口進(jìn)入水封罐后因?yàn)槿肟诠艿涝谒嬉韵拢虼硕沤^了火焰的繼續(xù)傳播。火炬氣水封罐有溢流管，據(jù)API 521和SH 3009要求，溢流管的水封高度應(yīng)大于等于1.75倍水封罐內(nèi)氣相空間的最大操作壓力（表壓），溢流管口徑最小為DN50，其高點(diǎn)處管道下部內(nèi)表面應(yīng)與要求的水封液面處于同一高度。圖2.44所示為某布置的高差要求。如果溢流管布置偏高，則水封罐偏高，導(dǎo)致水封罐連接的火炬管偏高，導(dǎo)致長距離管廊偏高等。
