1. 裝置簡介

  火炬是處理石油化工廠、煉油廠當發生事故時或在正常生產中排放大量易燃、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。火炬形式的選擇應根據火炬系統的設計處理量、項目所在地的總圖布置以及環境保護的要求等因素確定。

  地面火炬系統由火炬的內外設備組成，火炬的內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備分隔開，考慮到空氣的流進，金屬圍欄的底部被架空，但仍可以通過在圍欄的支撐結構上增加面板來屏蔽掉熱量。每個燃燒室的設計原理相同，每級燃燒器的操作通過壓力來控制，利用緊閉切斷蝶閥開／關來達到分級燃燒的目的，通過使用釋壓裝置如防爆閥或防爆針以保證安全。每一級設有兩個長明燈，點火系統與高架火炬相同，多個長明燈確保安全，不需要蒸汽和強制通風，即可達到100％燃燒。無論何時，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，使其不向四周擴散，圍欄外面的輻射熱低于1.6kW／㎡。地面火炬的主要部件包括：多點的火炬燃燒；長明燈、排放點火器和火焰檢測器；支持結構和輔助設備；分液罐；液體密封；管道系統；輔助設備。地面火炬不能用于有毒物質的焚燒。地面火炬周圍最小無障礙區的半徑為76～152m，且應設圍墻以確保安全。

  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入燃燒器，燃燒后的煙氣直接進入空氣中，隨氣流擴散至遠處。根據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，有的火炬系統不止一個）、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、長明燈及監測長明燈的熱電器、清煙裝置、航標指示燈、點火設施、監視電視（一般離火炬有一定距離）。

  高架火炬和地面火炬的區別：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產生回火現象，開啟過晚會造成憋壓。高架火炬由于火炬氣出口速度較快，其燃燒所產生的噪聲是無法避免的。高架火炬在放空燃燒時，火炬頭處所產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備有很大的影響。環保方面看，地面火炬比高架火炬好，從投資及維護方面來看，地面火炬成本較高，但是運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．火炬系統的設計

  ①. 不同處理的介質和不同工作條件有不同的火炬系統

     在開車、正常運行、停車和事故時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行火炬系統處理能力的設計，同時要保證在一個寬的流量范圍內系統運行良好。火炬系統本身要保證生產裝置安全運行，并應考慮對環境的影響，消除和盡量減少對大氣的污染、噪聲等。當兩火炬集中布置時，火炬的間距應使一個火炬燃燒最大氣量時所產生的輻射熱，不影響另一個火炬檢修工作的進行。火炬的防空標志和燈光保護應按有關規定執行。

  ②. 安全閥和控制閥的排放系統管道

     安全閥和控制閥排放系統按有關規定來設計。該排放系統若與火炬系統相連，其管道材質不能低于碳鋼，對于可能產生低溫和高溫的部分要做應力分析計算，選用適宜的材質和進行相應的加工處理。排放管道最好從上方與火炬系統總管45°相連，以免產生排氣、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‰，對于排液死角要設排液口并將排出液回收儲存。

  ④. 要考慮溫度對管路的影響，設置溫度補償的膨脹節，一般用環形的，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，其接頭處材質取兩者材質高者，且其長度在接頭處上游至少要有5m。

  ⑤. 為避免火炬系統發生內爆炸或產生其他不安全因素，火炬氣總管的上游最遠端設有固定的吹掃設施，該吹掃設施包括一個流量計、一個止回閥和一個手動調節閥門。所有的火炬總管都應設氮氣吹掃用軟管接口。常用的吹掃氣首選為可燃氣體（如燃料氣），但對于低溫管線，吹掃氣在最低溫度時應不發生部分或全部冷凝，對此一般采用氮氣吹掃。

 ⑥. 火炬氣分離罐（分液罐）

    每根火炬排放氣總管都應設分離罐，用以分離氣體夾帶的液滴或可能發生的兩相流中的液相。為防止產生“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算，儲存10～30min的排液量，一般取20min。如果已另外設置了單獨的液相收集系統，或者在最大火炬負荷的緊急情況下也不會有大量的兩相流排出，此時可以讓排放物流不經分離罐，只設一個與液體收集系統相連的集液管就可以了。有的項目火炬氣分離罐（分液罐）為臥式，有的項目為立式，分離罐（分液罐）的布置高度影響著整個裝置管廊的布置高度，在配管設計時，應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象的發生（防止回火的設施還有速度封、分子封等），假設發生回火，火焰通過火炬氣出口進入水封罐后因為入口管道在水面以下，因此杜絕了火焰的繼續傳播。火炬氣水封罐有溢流管，據API 521和SH 3009要求，溢流管的水封高度應大于等于1.75倍水封罐內氣相空間的最大操作壓力（表壓），溢流管口徑最小為DN50，其高點處管道下部內表面應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，導致水封罐連接的火炬管偏高，導致長距離管廊偏高等。