甲醇项目火炬系统的安全设计

第40卷,第1期安徽化工Vol.40, No.I .372014年2 月ANHUI CHEMICAL INDUSTRYFeb.2014甲醇项目火炬系统的安全设计潘丽华(东华工程科技股份有限公司,安徽合肥230024)摘要:介绍了火炬的功能和类型,描述了甲醇项目火炬的设计过程和选型计算,强调了安全设计及必须考虑的安全因素。关键词:火炬系统;安全设计;安全因素doi: 1069/.ssn.1008 -3X 2014.01.011中图分类号:TQ086.2文献标识码:B文章编号: 1008- -553X(2014)01-0037-03火炬系统是用来处理工厂或装置在开停车、事故、气通 常采用扩径式。扩径起两个作用，首先,边界气速降正常生产时排放的无法收集和再加工的可燃气体、有毒低容易点火;然后,边界气返回滞留时燃烧放热维持火气体的特殊燃烧设施。它可将易燃有毒、腐蚀性气体通炬气继续燃烧。过燃烧变成无害的二氧化碳、水或毒性较小的其他物2放空系统的安全设计质,是保证安全生产、减少环境污染的一项重要措施,也2.1火炬管网的设计是化工厂的最后--道安全屏障。火炬系统本身如果设计以60万吨/年煤制甲醇项目为例，综合各工段排不当会造成设备损坏,甚至存在人员伤亡等更大的安全放气参数,根据不互相反应,排放压力差别不大,热值大隐患,所以火炬系统的安全设计非常必要,应当受到重小等因素确定设三个排放管网,各排放气参数如表1。视。本人结合项目设计,特别是低热值气体的火炬系统表1排放气参数设计,提出- -些安 全措施以供借鉴。气体温度压力低热值 分子量重度1火炬系统概述成分(Nm2/h)(C) (MPaG) (KJ/m)(g/mol)(kg/m)根据支撑结构火炬可分为高架火炬和地面火炬,其煤气661070 2170.15375519.80.88中高架火炬因技术成熟,造价低,施工维修方便等特点一般为首选方案。 高架火炬又根据火炬筒体的支撑形式丙烯42897 1000.1 85968.7 421.88分为拉线式、自制撑式和塔架式。其中塔架式因结构稳干燥酸30362:0.1068041091.87性气定,占地面积小而被广泛应用。火炬系统包括排放管网、火炬设备塔架、点火和控三个排放管网分别为:气化工段气化炉排放气为主制系统。根据工艺流程,排放气由排放管网进人火炬界的火炬总管,冰机工段和低温甲醇洗工段排放的丙烯气区后依次进人分液罐、水封罐、火炬简体、分子封、火炬管道和低温甲醇洗工段排放的不含水酸性气管道。因为头等火炬设备。自动点火和控制系统为火炬系统安全燃丙烯火炬气的热值太高，火焰会在火炬头处或内部闷烧提供保障。烧,最终把火炬头烧坏，因而不宜与热值低的大排量气分液罐和水封罐能分离300~600μm以上的液滴,体共用火炬头,所以设单独排放管网。酸性气中含高浓以防止大量液滴被气体夹带到火炬头后,燃烧不充分产度HS因为不含水,所以选择碳钢管道即可;如果排入生火雨。为了防止回火爆炸,水封罐和分子封- -般采用火炬总管，因为其它气体可能含水,H2S酸性气遇到水迷宫式结构。则会有腐蚀性。为了避免选择昂贵的管道材料,所以干火炬简体连接分子封和立式水封罐，让火炬气通燥酸性气设单独排放管网。过,同时起支撑作用。根据规范要求,火炬筒体的直径排放管网确定后,可根据排放气量和选择合适的马不能小于排放管的直径,-般取跟排放管直径- 致。赫数来确定管径,然后再核算气体压力降,观察起点排火炬头将排放的有害气体燃烧成无害或危害程度放压力是否满足压力降要求。以火炬总管为例,计算过较低的气体,是火炬装置的主要设备,型式很多。低热值程如下:收稿日期:2013-09-13作者简介:潘丽华( 1978-),女,工程师,毕业于郑州大学,从事化工产品储运设计工作,0551-63697286 .13505699500, panlihua@chinaecec.com总第187期2014年第1期(第40卷)安徽化工区RTkW/m2。火炬示意图见图1。N=VMVa -m',GLA单中心3600Py,D, =1.128A2V,一声波在排放气中的传播速度,m/s;K.--排放气体的绝热指数;R-气体常数, 8314N.m/ (kg.K);T-操作条件下的气体温度,K;M-气体相对分子质量,火炬示德街g/mol;V.--火炬出口气体线速度,m/s;m-马赫数;D-图1火炬头有效流通截面积，m2。计算结果如下表所示:DrAV。mV。K。RTMqh，.4 1.557 211.6 0.4 5291.8314 490 19.877.90.15 1024388 4.98 11.04.1.58781.8根据以上计算可选取管径DN1400,再核算压力降。由计算结果可取火炬高度为80米。公式:P2-P=λ *(L/ d)*(RT/ M)*G22.3水封罐的设计水封罐的设计需考虑能分离排放气中300μ m~放空量19372kg/( m2*s)600μm的液滴,根据公式计算尺寸即可,这里要强调的分子量M19.7是,由于气化工段排放气温度比较高,在周期性气化炉预设管径d:140烘炉时排放的大量放空气要长期排放,此期间如果补水水力摩擦系数0.0120不足，水封罐包括溢流管内的水封水可能会被蒸干,被气体温度217C蒸干后水封罐通过溢流管与大气是相通的，非常危险,管道起点压力P，250kPa管道终点压力P2Pa所以排放高温气时要有防止水封水被蒸干的措施。目前已采用溢流水流人分液罐和溢流管上增加控制阀门两管道计算长度1200n管道内径d125cm种措施,见图2。预设管径140,按起点0.15MPaG计算,实际管径需要1250mm即可,所以压力降能满足要求。水2.2火炬高度的确定首先由排放气量和低发热值计算出每股气体的总发热量。火炬高度以总发热量最大的那股气为设计气量,计算得出丙烯排放气的总发热量最大,为1024MW,T方星二然后根据下面公式计算火炬高度。图2-(x- Lsin4y°_h3安全设计的注意事项----cosφ+hV4mq(1)综合分析全厂排放气成分,确定排放管网很重要。式中:h- -火炬简体高度,m;ε-热辐射率;φ一有.(2)采用长明灯常燃加检测排放气排放自动点火,风时的火焰倾斜角度;X-最大受热点到火炬筒体中心代替只采用检测排放气自动点火的方式,以保证点火成线的水平距离,m;h.一最大受热点到地面的垂直距离,功率。m;Q-火焰放出的总热量,kW ;q一火炬的热辐射强度,(3)为了节能减排,水封罐可以设水位低自动补水潘丽华:甲醇项目火炬系统的安全设计39球阀,补水阀可以设小截止阀旁路,调节截止阀开度,溢4结论流水管口能看到小水流即可，依此还可以判断补水通道目前项目规模越来越大,排放气量增大,排放气成是否通畅。分复杂,因而火炬的安全设计显得更为重要。本文以煤(4)水封罐的水封水在高温气大量排放时可能会化工项目水煤浆气化工艺排放气为例,讲述了一些设计被蒸干,需考虑从溢流管漏气措施。要点和注意事项,强调了安全的重要性和必要措施。(5)低热值气体排放的火炬头采用扩径的方式。.参考文献(6)充氮管线阀门设旁路,并用控制阀,事故排放完毕联锁开阀门补大气量氮气以免火炬系统燃烧完毕I1] 泄压系统和减压系统指导手册API RP521(第三版),1990.后降温吸人大气发生爆炸。[2]石油化工企业燃料气系统和可燃性气体排放系统设计规范.(7)排气温度高，排气管网走向要保证足够的柔SH 3009-2001.性，自然走向不能满足柔性时,须设π弯而不使用膨胀[3]姚青.放空火炬系统的安全设计[I. 化工设计,000, 10(5);节,以满足整个排气管网具有相同的强度。17-21.0Safety Design for Flare Stack System of Methanol ProjectPAN Li-hua( East China Engineering Science and Technology Co., Ltd, Hefei 230024, China )Abstract: This paper introduced the function and category of flare system，described the planned course and lectotypecalculate for flare stack system, emphasized the safety design and safety factors necessary to be taken into considerationfor venting and flare stack system.Key words: flare stack system; safety design;safety factors(上接第36页)攒更多项目经验的基础上，我公司第二个乙二醇项目机由离心式改为往复式,往复式压缩机的升压是由背压中,工艺专业对管网阻力的计算仍按工艺包进行。决定的。在升压比较低的情况下,只需要考虑气阀能否(2)在离心式压缩机的选型中,机泵专业需吸取经正常工作。往复式压缩机更适合氢气循环机这样升压比验,在管网阻力仍按工艺包设计的情况下,需考虑升压设计值小的情况。比较小的情况。5结论(3)压缩机厂家在设计压缩机时,也需考虑升压较氢气循环压缩机的安全、正常运行以及提高氢气循小的情况,压缩机的转子在调转速时能避开转子的共振环压缩机的效率,对于提高草酸二甲酯加氢合成乙二醇区,选择叶轮时需考虑到在升压较小时避免出现“堵塞”工艺流程的设计水平有极其重要的作用。工况,保证压缩机能采取调速的方式满足工艺要求。本文从工艺、机组两个角度分析了现场氢气循环压.(4)干气密封的联锁、报警按常规配置均是压力、缩机出现问题的原因， 并提出了改进方案及注意事项,压差控制的,根据干气密封的原理,只要气体的流动方对今后设计该项目有较大的启示,对机泵专业选择合适向与干气密封的设计-致，气体流量在比较小的情况的机型有- -定的参考意义。下，干气密封就能安全运行。所以干气密封的联锁、报警参考文献可以选择用流量控制。这样在升压比较低的情况下，只[1]沈菊华.国内外乙二醇生产发展概况[]. 化工科技市场，2003要满足干气密封气体流量的要求,干气密封仍能正常运(6):12-15.行。[2]晓玉.中国煤制乙二醇产业宜稳步推进[]. 化工管理, 2012();:(5)在不考虑投资成本的情况下,将氢气循环压缩51-52.口