HG-T 20570.12-1995火炬系统设备.PDF
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1、中华人民共和国行业标准HG国际通用设计体制和方法H G / T 2 0 5 7 0 一9 5工 艺 系统 工程 设 计技 术 规 定1 9 9 6 一0 5 一0 2 发布1 9 9 6 一0 9 一0 1 实施中华人民共和国化学工业部发布中华人民共和国行业标准工艺系统工程设计技术规定HG/ T 2 0 5 7 0 一9 5主 编 单 位 :化 工 部 工 艺 系 统 设 计 技 术 中 心 站 批 准 部 门 :化学工业部 实 施 日 期 :一 九九六年九 月一 日化 口 部 口 二 尾 是 建 设 标 准 编 辑 中 A 绍1 9 9 6北京火 炬 系 统 设 置H G/ T 2 0 5
2、7 0 . 1 2 一9 5编 制 单 位 :中 国 寰 球 化 学 工 程 公 司 批 准 部 门 :化 学 工 业 部 实 施日 期 :一 九 九 六 年 九 月 一日编制人:中国衰球化学工程 公司 姚桂华审核人:化工部工艺系统设计技术中心站封淑元龚人伟1 应用范围和分类1 . 0 . 1 本规定 适用于处 理石油化工厂、 炼油厂当发生事故时或在正常生产中排放 的大量易燃、 有毒、 有腐蚀性气体的火炬系统的设计。 1 . 0 . 2 火炬系统通常由 火炬气分离罐、 火炬气密封罐、 火炬烟囱、 火炬 管道四 个部分组成。1 . 0 . 3 火炬型式可分为高空火炬和地面火炬。高空火炬由烟囱(
3、包括牵索支撑和自由支撑两种) 、 火炬头、 长明灯、 辅助燃料系统、 点火器及其它辅助设备组成。1 . 0 . 4 地面火炬不能用于有毒物质的焚烧 。地面火炬周围最小无障碍区的半径为7 6 m - 1 5 2 m , 且应设围 墙以 确保安 全。2 火炬系统的设计2 . 0 . 1 火炬系 统的设计原则不同处理的介质和不同工作条件有不同的火炬系统。在开车、 正常运行、 停车和事故时排放的气体均要送火炬处理。2 . 0 . 1 . 1 以各种情况下最大排放量来进行火炬系统处理能力的设计, 同时要保证在一个宽的流量范围内系统运行 良好。 火炬系统本身要保证生产装置安全运行, 并应 考虑对环 境的
4、影响, 消除 和尽量减少对大气的污染、 噪 声等。( 1 ) 当两个火炬集中布置时, 火炬的间距应使一个火炬燃烧最大气量时所产生的辐射热, 不影响另一个火炬检修工作的进行。( 2 ) 火炬的防空标志和灯光保护按有关规定执行。2 . 0 . 1 . 2 安全阀和控制阀的排放系统管道( 1 ) 安全阀和控制阀排放系统按有关规定来设计。 该排放系统若与火炬系统相连, 其管道材质不能低于碳钢, 对于可能产生低温和高温的部分要做应力分析计算,选用适宜的材质和进行相应的加工处理。( 2 ) 排放管道最好从上方与火炬系统总管相连, 而且与总管有一倾斜角度, 以 免产生排气、 排液死角。2 . 0 . 1 .
5、 3 火炬总 管( 1 ) 排放气按介质 状态 分为以下四 种情况:热气体( t )0 0C, 含水或不含水) ;b冷气体( t o “C) ;冷气体和热气体都有, 但不含水 ;d . 液体排放系统。排放气介质四种状态的任何一种情况, 设置一根总管。 如果是上述几种情况的组合, 则要分开设置干火炬系统和湿火炬系统。 当两股物流相混可能产生固体或者发生危险的物理或化学变化时, 两股物料要分开。 如果由于两股物料混合使管道尺寸加大很多或使管道材质升级时, 两股物料也要分开。 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离设施和单独的液相系统。( 2 ) 火炬总管到分离器要有一定坡
6、度以便排液, 坡向分离器坡度不小于。 . 2 呱,对于排液死角要设排液 口并将排出液回收储存。( 3 ) 要考虑温度对管路的影响, 设置温度补偿的膨胀节, 一般用环形的, 特殊情4 0 0况下用波纹形膨胀器。 如果总管与总管相接或总管与支管相接, 其接头处材质取两者材质高者, 且其长度在接头处上游至少要有 5 m.( 4 ) 为避免火炬系统发生内爆炸或产生其它不安全因素, 火炬气总管的上游最远端设有固定的吹扫设施, 该吹扫设施包括一个流量计, 一个止回阀和一个手动调节阀门。所有的火炬总管都应设氮气吹扫用软管接口。常用的吹扫气首选为可燃气体( 如燃料气) , 但对于低温管线, 吹扫气在最低温度时
7、应不发生部分或全部冷凝, 对此一般采用氮气吹扫, 吹扫气速在最大火炬总管内为 。0 3 m/ s 。如果火炬系统设有水( 液) 封, 则水封上游吹扫气速为。 . O l m/ s 。 对于低火炬和富氢排放气则要提高吹扫气气速。若无水封, 则吹扫气应优先选用可用的最重气体作为吹扫气, 并要安装低流量报警和指示真空度的低压报警, 以防空气倒流入火炬系统。2 . 0 . 1 . 4 火炬气分离罐( 1 ) 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。 为防止产生“ 火雨” , 分离罐的分离能力为至少将)4 0 即m的液滴分离下来, 最好将妻1 5 如m的液滴也
8、分离下来, 尽量减少液滴夹带。 分离罐选用直径一般为其长度的 1 / 2 1 / 3 , 并为火炬总管尺寸的 3 -4 . 5 倍。( 2 ) 分离罐的尺寸是以排放物流中最大排液量计算, 储存 1 0 - 3 0 mi n的排液量, 一般取2 0 m i n o( 3 ) 如果已另 外设置了单独的液相收集系统, 或者在最大火炬负 荷的紧急情况下也不会有大量的两相流排出, 此时可以让排放物流不经分离罐, 只设一个与液体收集系统相连的集液管就可以了。( 4 ) 集液系统要设一台排液泵, 泵一般为离心式, 与事故电源相连, 不设置备用泵, 选用泵的能力应估计到事故时夹带的液量, 约半小时内能将分离罐
9、中液体排完。泵的扬程按排放液体中最小重度的液体计算, 电机功率以排放液体中最大重度的液体计算。么4 . 2 火 炬计算火炬的计算 包括烟囱的直径、 烟囱 的高度。 火炬头由制造厂商设计。 火炬的几何参数图见图2 . 0 . 2 -1 所示。图2 . 0 . 2 -1 火炬的几何参数图图中: dj火炬烟囱直径( 内径) ; R无障碍区域半径; D 火焰中心到地面边界的距离; O X火焰横向偏距; 6 Y 火焰纵向偏距; 戈火焰中心到火炬头中心的横向距离;Yc火焰中心到火炬头顶端的纵向距离; H火炬烟囱的高度; Z 火焰长度; H 火焰中心到地面距离; 侧 火焰中 心到地面界区 横向距离。4 0
10、22 . 0 - 2 . 1 简单近似计算法( 1 ) 火 炬烟囱直径计 算火炬烟囱直径的大小, 取决于烟囱内流体的速度, 该速度的选取是根据允许压力 降。一般在决定火炬烟囱尺寸时, 可按如下考虑: 正常排放时, 出口 处气体流速应 在。 . 2 马 赫数乘声速以下; 事故或紧急 排放时, 其流速应在0 . 5 马 赫数乘声速以 下。 此时, 烧嘴压力降在 0 . 0 1 -0 . 0 5 MP a , 水封压力降在 0 . 0 0 5 0 . 0 1 5 MP a , 火炬主管压力 降 在 0 . 0 1 - 0 . 0 5 MP a , 最后必须检查火炬系 统总压力降与安全阀背压 之间的
11、关系。火炬烟囱的直径要不小于火炬系统总管的直径, 以免由于排放气夹带液滴而形成“ 火雨,o计算火炬烟囱直径的公式推导如下: M ac。 一 11.。, X ,。一 W ;P id ; . 糯( 2 . 0 . 2 一 1 )由式( 2 . 0 . 2 -1 ) 整理得:, 1 1 . 6 1 X 1 0 - ZW厅厂a 令 - - - - 气 二 一户二 二 , - - - - .I ; 二 二一厂i.I VIa c h勺u ; n l i( 2 . 0 . 2 一2)式中d i 火炬烟囱 顶部内 径, m;Wi 火炬气排放流量, k g / s ;P i 火炬顶部内侧火炬气的压力, k P
12、a ;Ma c h 马赫数, 火炬气流 速与该流体声速的比 值, 无因次;Mi 火炬气的平均分子量;T ; 火炬气ig度, K;k i 火炬气的绝热指数, k i = C v / C , o( 2 ) 火炬烟囱高 度的计 算火焰长度的计算火焰长度与火炬气燃烧释放的热量有关, 火焰长度( Z ) 与火炬气释放热量( Q ) 的 关联图, 见图2 . 0 . 2 - 2 所示。一L , 厂 一 门r we ,尸,曰 门门曰一一一 一一一】 一一 一门二 二 亡二口 口厂尸】, 亡, r, 门 门 门门r es一理一一一一一一r 一 一 理亡,r, 一尸 尸. 当一1卜- 愧 卜 一 月 r 一州
13、曰曰曰门曰rre门巴竺 二 , ,门 门尸尸l厂 一1 一 一 res 门 门 门 门门l一. 一 resr esr- 尸门门一l 叫 尸尸 州 曰 口 口 口 口L 一1【 二 二 二 口 口口 口 亡l亡二 厂二亡 二口 门门门 门一1 一二 门尸 -r es 尸 曰 尸 尸曰 ll- - 门 门口口 D 口L 一 一二口 口 口口 仁l住二仁二 二门 门门门 门lL一厂- 尸 尸 曰 尸 厂门广 一 门 门口 l巨二 口 口 口 口 l厂二 下 门门 门 门 门l一厂 一尸 门户 厂 门一厂丫 口 口口 口 口 口 口巨二 口 口口日 口 仁 口 巨口口 口 门 门 门尸门 尸广门厂 尸
14、门 曰 曰日 日日日 日 日曰巨 口 厂 厂曰日 门 门 门一门 门尸 川 厂日 口日 日 口口 口 口 厂 门 门口 厅 门 厂 厂 日产,编护尸尸一沪尸色尸,一. L二 泣二二 二 口口 l1 _,: 生 二 厂 r一山乙L1 尸, , ,气 气 洲门匕【二二刁尸一,尸州尸州 曰 曰曰 门 l一l l 巨二口口口1,仁 二二二 IJ 州尸二 二 门 勺 月 门门一一尸 - 门尸-州尸州尸州 曰 曰日口 ll- l- -门厂日l. 一一一 . 一尸一L 刁厂 门 厂 门-7 门 气 门门一【 一 一一 刁【 下 习巴 口 巴 当口 巴口口厂 代 口 二口 口亡匕 口 【l一一亡二二 亡 亡【
15、 【.叮,r ee图例. 嫩料气啼。 s m n 飞 灼囱)0 阿尔及利亚气并八催化宜整循环气咖 10mm 烟囱)口 催化盆整反应器流出气(咖l(:mm烟囱)0脱氢装t 咖. s m m烟囱): 义氮气卿盯mm烟囱) :,组气 响 Z m n 嘟 1 囱)厂 一厂一 尸 厂仁 日 厂 二L 二洲尸厂 ! n 三二 口 巨 口L 二 巨声尸 卜 一 巨 仁 L 日 仁1之 七 匕 L L L 巨 日 二户 厂 . 仁砂一 沪. 户口尸声l一.二仁 二 亡 【 【lT-】 二 二 二 二 亡厂 厂 口. l一.二 .二 二 厂 【 l 二二 厂厂 厂 门ll一.。 I甲 1 二 仁 【 lL _1
16、 二 二 二 T 一rr r 门 .L- L 二 L Ll!1 二二 二 亡 亡亡 厂 口 1 L 一L LL L L l1 二二 E二 口 L一匕L L L厂宁 巨 E 日l已1口侧舀嫂试火炬气释放热量吸 劲 w图 20 . 2 一2 火焰长度与释放热t关联图b . 由风引起的火焰倾斜的计算(a) 体积流量的计算见式(2. 0 . 2 一3) v 一 w i(会) ( 蠢 ,( 2 . 0 。 2一3 )式中V 体积流量, m“ /s;叭火炬气温度, K。(b ) 由 风引起的火焰倾斜的 计算火炬气在火 炬烟囱出口 处的速度( U ; ) , 由 式(2 . o . 2 一 4)计算:专 汀
17、 心( 2 . 0 . 2 一 4 )已知火炬气在火炬烟囱出口处的速度( U j ) , 则其与风速( U 二 ) 之 比U x / Uj, 由图2 . O . 2 一3 可查得( 。 X/ 1)和( 乙 Y / 1), 即可计算火焰横向偏距( X) 、 纵向偏距忆Y ) 。 火 焰偏距与Ux/ U J 关联图见图2 . 0 . 2 一3 所示。风速( U 二 ) 的选取是依据当地的气象条件, 取年平均最大风速。不同高度的风速 根据风 速及风 速随高度变化系数( K , ) 计算。风 速高度变化系 数( K , ) 的值见表2 . o . 6一 1 。E A X在静止空气和横向风中火焰的几何形
18、状, A Y10夕575右3|司引eeweeseses日11 LO.氏众0.众0.仪0.氏争孚似补咎哥妇0 . 1 0 . 2 0 . 30 . 5 0 . 6 0 . 7比 率 (I U L -、 v;0 . 8 0 . 9 1 . 0图2 . 0 . 2 -3 火炬偏距与风速关联图( 无因次) . 火炬烟囱高度的计算由图 2 . 0 . 2 -1 可以看出 H , H, R , R , a X, A Y与D之间有如下关系: H 一 H + 告 。 : R 一 “ 一 告 ZI X( 2 . 0 . 2一5 )D2 =R 2 +H 2由上式整理得:( 2 . 0 . 2 一 6 )( 2 -
19、 0 . 2 一 7 )H 一 J D 2 一 (R 一 IA X ) 22一 A Y2( 2 .0 . 2一8 )当已知L X, ,A Y , D, R, 则可以求得火炬烟囱高度( H) .( 3 ) 简单近似计算法归纳a所 需基础数据如下: W; 火炬气排放量, k g / s ;P ; 火炬烟囱内侧的火炬气压力, k P a ;Ma c h 马赫数, 无因次;Mj火炬气的平均分子量;T ; 火炬气温度, K ;k ; 火炬气的绝热指数, k ; = C , / C , . ;R无障碍区域半径, m;h ; 火炬气低热值, k J / k g ;U , 设 计 风 速, m / s ;F
20、热辐射因子;K 最大允许热辐射强度, k W/ m 2 ;: 热辐射强度传递因子。b . 计算内容:火炬烟囱 直径: d ; = 1 1 . 6 1 X 1 0 - Z火炬气放热量: Q = h ; W;W ;T;、 。 。 , 。 二 二 一 . 二 二 - -X 又 二 , ; ) , J 认J r; .t n. . h a ;l V L ;一火 焰 中 心 到 地 面 界 区 的 距 离 :。 一 ( 黯)0.s 风 速与火 炬气速度之比: U , / U ;由图 2 . 0 . 2 -3 查得 。 X, D Y 火 炬 烟 囱 高 度 :H 一 D 2一 (“ 一 告 A X )2 o
21、.5.乙 Y2 . 0 - 2 . 2 布鲁托斯基和索麦尔近似计算法( 1 ) 火炬烟囱 直径的计算火炬烟囱直径的计算方法与简单近似计算法相同, 见2 . 0 . 2 . 1 ( 1 ) 规定。( 2 ) 火 炬烟囱 高度的 计算火焰中心的确定及火焰偏距的计算 声 速 C 一 9 1 . : ( 华) 0.e二 以 1( 2 . 0 . 2一9)火炬烟囱出口 速 度( U ; ) 为认= M a c h X 声速对于火炬气, 爆炸下限参数( C 2 ) 为( 2 . 0. 2 一 1 0)。 ,一 C A U ) (M U , M x( 2 . 0 . 2 一 1 1 ) 布鲁托斯基. 即B
22、r z u s t o w s k i , 索麦尔即S o m m e r .4 0 6式中C , 火炬气在空气中 的爆炸下限, 体积%;Mx 空气的平均分子量, 取为 2 9 ;U x 风速, m / s ;火炬气( 混合气) 在空气中的爆炸下限( C , ) , 其值按下式计算:l 0 0 乙 Y 名不 - 二1 七t i( 2 . 0 . 2一1 2 )式 中C A 火炬气各组份的爆炸下限, 体积%;Y ; 火炬气各组份的 分子分数。风推力和喷射推力( d ; R ) 值按下式计算 : d ;R 一 d (豁 ( 毕)/( 2 . 0 . 2一 1 3 )式 中T . 空气温度, K;d
23、 ; 火炬烟囱直径, m.已知C , , d ; R值, 可以由2 . 0 . 2 -4 和图2 . 0 . 2 - 5 求得火焰横向 偏距( X c ) 值、 纵向偏距( Y c ) 值。X c 1 8 0。吃匕圈瞩逗招理试图 2 . 0 . 2 一4火焰横向偏距( X ) 与d , R , C , 关联图叫 一卜 、 门 门臼卜 伟 魂日一洲卜、 一 曰 门卜沌 1一冈1 、 闷卜1 生夸 轰乡 、 二 石生胃 灌 抖 】垫 鉴 茱竺 竺 生 ; 二幸 拜签屯全 自劫淤、嘴 砚-一、妻 闷端 ;州 十 户、 嘴 - 一 州下3砚曰 曰料味洲一 一州卜、 1 、 , 1 丫月.、国月 目 习
24、渊 畏共目目!目 目 排圣又拼黔幸 李 卜 、司口 曰门口 牛尺叫1之乏、 、口 网司 、一片, 石 l 下 立 垫 、 、目口 目 砰 袋、军辱 目 层将、寻、 粼床区、 、喃尸 卜 日 阵廿 什一 、 叹呀 尸卜 砰牙 件 夸又际石 甘膝平 一、沁卜 互日厂I 阶卜 、 限厂厂 1 卜反2 00下 淡 扣门下 (下 基卜 全李 车妻.石5 二弓二要雏兰 鉴豪妻竺5二呈轰龚 仁 德续霆 竺 生 石彝羹二盏、二异 卜 月 常 井 林拿又李 际巨卜甲 齐卜二一一国 巨降 陇、阵 砰 只 日 尹 件卜 , 飞 .。 书 习-rrt十 廿 一曰 曰陈 印 仁 二万r一r 泞工r一 , 一下又, 砚砚
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