影響火炬計(jì)算的因素分析

影響火炬計(jì)算的因素分析

火炬適用于處理原油加工廠和加油站發(fā)生事故或正常生產(chǎn)和排放大量燃料、有毒和腐蝕的氣體。火炬系統(tǒng)通常由分離罐、密封罐和火炬筒體等組成。按照燃燒器是否遠(yuǎn)離地面,型式可以分為高空火炬和地面火炬環(huán)保的要求使得化工裝置中對(duì)環(huán)境有危害的排放氣的排放更加的嚴(yán)格,相應(yīng)的規(guī)模擴(kuò)大意味著火炬設(shè)計(jì)需要不斷的完善。在熄滅火炬、回收燃?xì)?、減少火炬數(shù)量等方面,國(guó)內(nèi)相關(guān)設(shè)計(jì)者已經(jīng)作了很多的工作。本文針對(duì)火炬計(jì)算中的相關(guān)步驟,對(duì)影響火炬計(jì)算結(jié)果的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格地比較分析1高空火炬的計(jì)算高空火炬燃燒器遠(yuǎn)離地面,采用豎立的火炬筒體將燃燒器(火炬頭)高架于空中,火炬氣通過(guò)筒體進(jìn)入燃燒器,然后進(jìn)入大氣。當(dāng)火炬設(shè)計(jì)處理量高于30t/h時(shí),采用高空火炬(減少地面熱輻射強(qiáng)度,有利于熱量擴(kuò)散)?，F(xiàn)行的火炬計(jì)算執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)有SH3009—2001和HG/T20570—95,2者的基本原理是一致的,本文采用HG/T20570—95進(jìn)行火炬的計(jì)算計(jì)算實(shí)例參數(shù):均取排放到火炬的氣體的最大值。火炬氣的排放量為200t/h,平均相對(duì)分子質(zhì)量為20,溫度為180℃,絕熱指數(shù)為1,熱值為8kJ/kg,火炬頂部?jī)?nèi)側(cè)壓力為103kPa。當(dāng)?shù)啬昶骄L(fēng)速為30m/s。1.1火炬平均直徑計(jì)算馬赫數(shù)的選取:按照事故緊急排放考慮,取值為0.5以下。本文考慮取值0.45。煙囪直徑的計(jì)算公式如下式中,q按前文中給出的數(shù)據(jù)計(jì)算可得,火炬煙囪直徑大約為0.8138m,圓整后為0.82m。根據(jù)不同的體積流量下的煙囪直徑,可以得到近似的線性關(guān)系,如圖1所示。隨著化工裝置中,工藝的不斷更新以及燃料氣的回收利用,排放到火炬中的氣體相比落后工藝中的排放已經(jīng)減少。再者,火炬煙囪直徑的持續(xù)增大,帶來(lái)的只是裝置成本的增大。1.2火炬高度的計(jì)算公式火焰長(zhǎng)度根據(jù)火炬氣的燃燒熱量查表得到。火炬氣的燃燒熱量計(jì)算公式為:Q=hq其中,h為火炬氣的質(zhì)量焓。本文中,查表得到的火焰長(zhǎng)度為45m。根據(jù)不同的質(zhì)量流量得到不同的火焰長(zhǎng)度,其線性關(guān)系如圖2。1.3熱輻射強(qiáng)度對(duì)火炬高度的影響火炬煙囪高度的計(jì)算公式如下:式中,R為無(wú)障礙區(qū)域半徑,D為火焰中心到地面邊界的距離;△X和△Y分別為火焰橫向和縱向偏距,可由查表得到。本例中得到的火炬高度為60m(熱輻射強(qiáng)度為1.58kW/m在火炬高度的計(jì)算過(guò)程中,需要人為決定的關(guān)鍵性參數(shù)為最大熱輻射強(qiáng)度,該參數(shù)直接影響著火焰中心到地面邊界的距離,也就是影響著在安全距離之內(nèi)人員可操作的時(shí)間等因素。化工對(duì)熱輻射強(qiáng)度一般規(guī)定如表1所示。表1中規(guī)定的數(shù)值已經(jīng)考慮了當(dāng)?shù)氐奶?yáng)熱輻射強(qiáng)度。不同的熱輻射強(qiáng)度直接影響著火炬煙囪的高度,本文中,根據(jù)不同的熱輻射強(qiáng)度計(jì)算得到的火炬煙囪高度是不同的,根據(jù)其相應(yīng)關(guān)系得到如圖3所示的關(guān)系圖。由圖3可以看出,隨著熱輻射強(qiáng)度的不斷增加,火炬煙囪高度是不斷降低的。其原因是因?yàn)殡S著熱輻射強(qiáng)度的增大,操作人員在此的操作時(shí)間不斷減少,甚至不允許其進(jìn)入。高空火炬雖然計(jì)算、設(shè)計(jì)等在國(guó)內(nèi)比較完善,但是在安全和環(huán)保方面存在很多的問(wèn)題:噪音大、燃燒不完全(無(wú)法保證大量火炬氣在瞬間內(nèi)完全燃燒,從而形成黑煙,尤其是在事故緊急排放時(shí)情況更加嚴(yán)重,對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的污染)、火焰光污染、火炬點(diǎn)火困難、處理負(fù)荷范圍小、較高的運(yùn)行費(fèi)用、維護(hù)困難以及占地面積較大。相比之下,地面火炬具有很好的優(yōu)勢(shì)(噪音低、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)簡(jiǎn)便等)。2音的干擾計(jì)算地面火炬燃燒器位于地面以下。當(dāng)火炬設(shè)計(jì)排放量較小,一般低于30t/h時(shí),而且要考慮光和噪音的干擾時(shí),采用地面火炬。針對(duì)地面火炬的計(jì)算,國(guó)內(nèi)目前尚未查詢到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)性計(jì)算方法。國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)制造地面火炬的廠家均是以成套設(shè)備的形式承包,技術(shù)推廣應(yīng)用在國(guó)內(nèi)不是很普遍。介紹地面火炬的文獻(xiàn)也只有API521以及API537等外文文獻(xiàn)計(jì)算所需參數(shù)與高空火炬所需提供的參數(shù)基本一致。2.1輻射熱的標(biāo)準(zhǔn)廢氣燃燒時(shí),一部分產(chǎn)物以輻射熱的形式輻射到周圍的環(huán)境中,地面火炬設(shè)計(jì)重要條件是要考慮到熱輻射。輻射熱來(lái)自火炬燃燒的熱輻射,包括水蒸汽、二氧化碳和煙灰顆粒。國(guó)內(nèi)應(yīng)遵循的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范有SH3009—2000、HG/T20570—95;國(guó)外API標(biāo)準(zhǔn):安全區(qū)域<1.58kW/m本文根據(jù)1.58kW/mK=CFQ/4pD根據(jù)輻射強(qiáng)度K=6.3kW/m2.2高空火炬及熱輻射地面火炬系統(tǒng)要將氣體放空燃燒火焰完全控制在防輻射隔熱罩內(nèi),盡量讓外界看不到火焰,以最大限度地減少熱輻射、噪音對(duì)工作人員和周圍設(shè)備的影響?；鹧娴拈L(zhǎng)度計(jì)算與高空火炬的計(jì)算方法是一致的?？筛鶕?jù)此計(jì)算參數(shù)選擇隔熱罩的高度。3火炬出的距離1)計(jì)算過(guò)程中,影響火炬計(jì)算結(jié)果的最主要的因素為火炬氣流量以及人為規(guī)定的熱輻射強(qiáng)度等。熱輻射強(qiáng)度的選取是根據(jù)設(shè)計(jì)中規(guī)定的操作人員的安全距離而決定的。2)隨著火炬氣流量的增大,火炬煙囪直徑以及火焰長(zhǎng)度逐漸增大。排放量為200t/h的情況下,火炬煙囪直徑大約為0.82m;隨著