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1、■设计■石油规划设计1997年第5期9火炬设计计算王功礼梁月霞中国石油天然气总公司规划设计总院摘要在石油开采和加工过程中经常将难以处理和污染环境的可燃气体通过设置火炬使其转化为危害极小的化合物。通过探讨火炬的尺寸、火焰的热辐射强度及有毒气体扩散浓度的分析和计算,论述了火炬的无烟燃烧和几种实现无烟燃烧的方法,并分析了主要参数的选择范围和敏感性等。主题词火炬尾气处理燃烧热辐射计算设置火炬的主要目的是在非正常生产情况下,借火炬燃烧所泄放的可燃气体(事故时也可能释放助燃烧把可燃、有毒或带腐蚀性的气体转化成危害极未经燃烧的毒性气体)在燃烧时可能会因空气
2、量不足小的化合物。随着环保要求的日益提高,以及对人身安达不到完全燃烧,也可能会产生氢原子聚积现象,其结全防护的日益重视,对火炬设计的要求就越来越高。设果都会产生烟雾。上述的注水蒸气等方法均有助于烃计人员不仅要分析、计算排放气体燃烧时产生的辐射类物质充分的与空气混合,消耗或降低碳原子的聚合,热量,充分考虑这种辐射热对地面的影响,并根据相对从而达到减少或消除烟雾的目的。火炬一定距离处的最大允许辐射热强度等条件确定火炬高度;还要考虑特殊情况下,未被燃烧直接排入大气火炬计算公式中的气体所含有毒物质的影响。设计人员要绘制热辐射强度图和有毒气体的等浓度圈图
3、,综合分析热辐射1火炬头直径和有毒气体的影响,推荐既安全又经济合理的火炬栅-5WT栏位置。马赫数=11.61×10Pd2kM(1)W——气体泄放量,kg/s;火炬的无烟燃烧P——火炬头处气体的压力,kPa;d——火炬头直径,m;火炬按其结构可分为高架火炬和地面火炬;按其T——火炬头处气体的温度,K;燃烧方式又可分为有烟燃烧和无烟燃烧。火炬类型的k——泄放气体的比热比,Cp/Cv;选择和确定受可利用空间、被燃烧气体的性质即组分、M——气体的分子量。气体流量、压力、环境、经济性等诸多因素的限制。但不论是地面火炬还是高架火炬,一般情况下都应采用无2火
4、炬高度烟燃烧的方式。只有出现非正常预测的火炬负荷或停FQ电等特殊情况时,才允许火炬在较短时间内有烟燃烧。D=(2)4K实现无烟燃烧的方法有多种,常用的有注射水蒸气、强D——从火焰到照射区域的距离,m;制空气助燃、夹带空气的高压天然气或使用流量分散Q——燃烧气体释放的热量,kW;的多个燃烧器等。F——热辐射系数;王功礼,男,40岁,高级工程师,1982年毕业于华东石油学院炼油工程专业,获学士学位,1993年毕业于英国Heriof-Woff大学石油工程系,获MPHil学位,一直从事油田地面工程规划设计和技术管理工作,现任中国石油天然气总公司规
5、划设计总院副院长。通信地址:北京938信箱,10008310石油规划设计1997年第5期■设计■K——照射区内最大容许的辐射热强度,kW/△Y△Y=∑×L(7)2Lm;图中L为火焰长度,该值可根据释放热量从图2——通过大气辐射的K值的系数。△X△Y中查得。∑;∑可从图3中查得。LL表1推荐的火炬辐射热设计强度(不包括日光辐射)容许设计级别(K)BUTkW条件h·ft2m2结构物、操作人员不可能到的区域和已有500015.77防辐射热遮蔽的地方(例如,在设备后面)设计所采用的辐射热强度。有通道,人员可以到达的所有位置,例如在火炬下面的梯子上或
6、在火炬塔的操作平台30009.64上,暴露必须限制在仅足够逃脱的几秒种时,设计火炬泄放辐射所采用的K值。紧急作业可能需要坚持一分钟的地区,人20006.31员没有遮蔽物但穿有合适的工作服,设计所采用的辐射热强度。图2火炬长度与释放热量的关系曲线紧急作业可能需要几分钟的地区,人员没15004.37有遮蔽物但穿有合适的工作服,设计所采工业尺寸和释放热量(国际标准制)用的辐射热强度。人员连续暴露的所有位置,设计所采用火5001.58炬释放辐射热的K值。应用简单方法确定火炬塔的尺寸,见图1。图3由于侧向风对火炬塔喷出速度的影响引起火焰的大致变形3H2S
7、气体扩散图1选定火炬塔的参照尺寸Qm[-0.5(H)2]〈C〉(x,o,o)=e2(8)y2u2′2′2其中:D=R+H(3)3〈C〉(x,o,o)——硫化氢的最大扩散浓度,mg/m;′1H=H+△Y(4)2Qm——排放气体中H2S的含量,mg/s;′1e——指数系数;R=R-△X(5)2u——风速,m/s;△X△X=∑×L(6)H——火炬高度,m;Ly——水平方向系数;■设计■石油规划设计1997年第5期112——垂直方向系数。APIRP521中计算火炬的方法分为Hajek和Lud-y、2的值可从图4、5中查得,A～F等级的
8、确定wing推导的方程式的简单方法和比较特殊的Brgus-可经分析从表2中查得。towski和sommer方法等多种方法。这些方法的差别主要是选择的火
