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中 国 石 化 集 团 兰 州 设 计 院 标 准 SLDI 233A22-98 SLDI 233A22-98 0 新 编 制 全部 修改 标记 简 要 说 明 修改 页码 编制 校核 审核 审定 日期 1999 - 05 - 21 发布 1999 - 06 - 01 实施 中国石化集团兰州设计院 火炬系统设置火炬系统设置 目 次 1 应用范围和分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 火炬系统设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2.1 火炬系统的设计原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2.2 火炬计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2.3 主要的辅助设备 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10 2.4 火炬系统的流程 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 2.5 计算举例 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12 2.6 附图和附表 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14 3 符号说明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17 工程设计标准 中国石化集团兰州设计院 SLDI 233A22-98 实施日期1999.06.01 第 1 页 共 18 页 1 火炬系统设置 1 应用范围和分类 1.1 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。 1.2 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。 1.3 火炬型式可分为高空火炬和地面火炬。高空火炬由烟囱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。 1.4 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 76m152m,且应设围 墙以确保安全。 2 火炬系统的设计 2.1 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。 2.1.1 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,并应考虑对环境的影响,消除和尽量减少对大 气的污染、噪声等。 a 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。 b 火炬的防空标志和灯光保护按有关规定执行。 2.1.2 安全阀和控制阀的排放系统管道 a 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。 b 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。 2.1.3 火炬总管 a 排放气按介质状态分为以下四种情况 1 热气体t≥0℃,含水或不含水; 2 冷气体t0℃; 3 冷气体和热气体都有,但不含水; 4 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。 b 火炬总管到分离器要有一定坡度以便排液,坡向分离器坡度不小于 0.2,对于排液死角要设 排液口并将排出液回收储存。 c 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 5m。 d 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 0.03m/s。如果火炬系统设 有水液封,则水封上游吹扫气速为 0.01m/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。 SLDI 233A22-98 2 2.1.4 火炬气分离罐 a 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≥400m 的液滴分离下来,最好将≥150m 的液滴也分离 下来,尽量减少液滴夹带。分离罐选用直径一般为其长度的 1/21/3,并为火炬总管尺寸的 34.5 倍。 b 分离罐的尺寸是以排放物流中最大排液量计算,储存 1030min 的排液量,一般取 20min。 c 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。 d 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。 2.2 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 2.2-1 所示。 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;△X火焰横向偏距;△Y火 焰纵向偏距; Xc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; l 火焰长度;H'火焰中心到地面距离;R'火焰中心到地面界区横向距离。 2.2.1 简单近似计算法 2.2.1.1 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 0.2 马赫数乘声速以下;事故或紧急 图 2.2-1 火炬的几何参数图图 2.2-1 火炬的几何参数图 SLDI 233A22-98 3 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 0.010.05MPa,水封压力降在 0.0050.015MPa,火炬主管压力降在 0.010.05MPa,最后必须检查火炬系统总压力降与安全阀背压之 间的关系。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” 。 计算火炬烟囱直径的公式推导如下 Mach W Pd T kM j j j j jj ⋅ − 116110 2 2 . 2.2-1 由式 2.2-1 整理得 d W PM T kM j j jach j jj ⋅ ⋅ − 116110 2 0 5 . . 2.2-2 式中 dj 火炬烟囱顶部内径,m; Wj 火炬气排放流量,kg/s; Pj 火炬顶部内侧火炬气的压力,kPa; Mach 马赫数,火炬气流速与该流体声速的比值,无因次; Mj 火炬气的平均分子量; Tj 火炬气温度,K; kj 火炬气的绝热指数,kjCp/Cv。 2.2.1.2 火炬烟囱高度的计算 a 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l与火炬气释放热量Q的关联图,见图 2.2-2 所示。 b 由风引起的火焰倾斜的计算 1 体积流量的计算见式2.2-3 VW M T j j j 22 4 273 . 2.2-3 式中 V 体积流量,m3/s; Tj 火炬气温度,K。 图 2.2-2 火焰长度与释放热量关联图图 2.2-2 火焰长度与释放热量关联图 火炬气释放热量Q W 火 焰 长 度 l m SLDI 233A22-98 4 2 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Uj,由式2.2-4计算 U V d j j 1 4 2 π 2.2-4 已知火炬气在火炬烟囱出口处的速度Uj,则其与风速Ux之比 Ux/Uj,由图 2.2-3 可查得∆X/l和 ∆Y/l,即可计算火焰横向偏距∆X、纵向偏距∆Y。火焰偏距与 Ux/Uj关联图见图 2.2-3 所示。 风速Ux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Kv计算。风速高度变化系数Kv的值见表 2.6-1。 c 火炬烟囱高度的计算 由图 2.2-1 可以看出 H ' 、H、R ' 、R、∆X、∆Y 与 D 之间有如下关系 HHY 1 2 ∆ 2.2-5 XRR∆− 2 1 2.2-6 22 2 HRD 2.2-7 由上式整理得 H DR XY −− − 2 2 22 ∆∆ 2.2-8 当已知∆X、∆Y、D、R,则可以求得火炬烟囱高度H。 2.2.1.3 简单近似计算法归纳 a 所需基础数据如下 Wj 火炬气排放量,kg/s; 图 2.2-3 火炬偏距与风速关联图(无因次)图 2.2-3 火炬偏距与风速关联图(无因次) SLDI 233A22-98 5 Pj 火炬烟囱内侧的火炬气压力,kPa; Mach 马赫数,无因次; Mj 火炬气的平均分子量; Tj 火炬气温度,K; kj 火炬气的绝热指数,kjCp/Cv; R 无障碍区域半径,m; hj 火炬气低热值,kJ/kg; Ux 设计风速,m/s; F 热辐射因子; K 最大允许热辐射强度,kW/m2; τ 热辐射强度传递因子。 b 计算内容 火炬烟囱直径d W pM T kM j j j ach j jj − ⋅ 1161 10 2 0 5 0 5 . . . 火炬气放热量QhjWj 火焰中心到地面界区的距离D FQ K τ π4 0 5 . 风速与火炬气速度之比Ux/Uj 由图 2.2-3 查得∆X、∆Y 火炬烟囱高度HDRX Y −− − 2 2 0 5 1 22 ∆ ∆ . 2.2.2 布鲁托斯基Brzustowski和索麦尔Sommer近似计算法 a 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 2.2.1.1 规定。 b 火炬烟囱高度的计算 1 火焰中心的确定及火焰偏距的计算 声速C kT M jj j 912 0 5 . . 2.2-9 火炬烟囱出口速度Uj为 UjMach声速 2.2-10 对于火炬气,爆炸下限参数Cl − 为 CC U U M M ll j x j x − 2.2-11 式中 Cl 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 29; Ux 风速,m/s; 火炬气混合气在空气中的爆炸下限Cl,其值按下式计算 C i n Y C l j li ∑ 100 1 2.2-12 式中 Cli 火炬气各组份的爆炸下限,体积; Yi 火炬气各组份的分子分数。 风推力和喷射推力djR值按下式计算 SLDI 233A22-98 6 dRd U U T M T jj j x xj j 0 5 . 2.2-13 式中 Tx 空气温度,K; dj 火炬烟囱直径,m。 已知Cl − 、djR 值,可以由图 2.2-4 和图 2.2-5 求得火焰横向偏距Xc值、纵向偏距Yc值。 图 2.2-4 火焰横向偏距Xc与djR、Cl − 关联图 图 2.2-5 火焰纵向偏距Yc与djR、Cl − 关联图 2 火焰中心到地面边界距离的计算 SLDI 233A22-98 7 D FQ K τ π4 2.2-14 3 火炬烟囱高度的计算 由图 2.2-1 可以看出 H ' ,H,R ' ,R,Xc,Yc和 D 之间有如下关系 H'HYc 2.2-15 R'R-Xc 2.2-16 D2 R '2 H'2 2.2-17 由上三式整理得 HDRXcYc−−− 22 2.2-18 已知 D、R、Xc和 Yc可以求得火炬烟囱高度H。 火炬烟囱的高度H与所选的计算标准有关,当辐射强度K为最大允许热辐射强度时,H为火炬 烟囱最低的极限高度。K 值根据工程的具体情况来选定。 c 布鲁托斯基和索麦尔近似计算法归纳 1 计算所需基础数据如下 Wj 火炬气流量,kg/s; Mj 火炬气平均分子量; Mx 空气的平均分子量; Ux 平均风速,m/s; Pj 火炬顶部内侧火炬气的压力,kPa; γ 平均相对湿度; hj 火炬气低热值,kJ/kg; kj 火炬气绝热指数; Cl 火炬气在空气中的爆炸下限浓度,体积; Tj 火炬气温度,K; Tx 空气温度,K; K 最大允许热辐射强度,kW/m2; τ 热辐射强度传递因子; Mach 马赫数,无因次; F 热辐射因子; R 无障碍区域半径,m; 2 计算内容 火炬气放热量QWjhj 火焰中心到地面界区的距离D FQ K τ π4 0 5 . 火炬烟囱直径 dW T kM PM jj j jj jach ⋅ − 1161 10 2 0 5 0 5 . . . 声速C kT M jj j 912 0 5 . . 火炬气速度UjMachC 参数CC U U M M ll j x j x − 推力dRd U U T M T jj j x xj j 0 5 . 由Cl − 、djR 查图 2.2-4 和图 2.2-5 得 Xc、Yc 火炬烟囱高度H[D2-R-Xc2]0.5-Yc SLDI 233A22-98 8 2.2.3 无烟火炬注入蒸汽量、放空烟囱直径和噪声计算 a 蒸汽量的计算 无烟燃烧时注入的蒸汽量与火炬气最大无烟燃烧的流速和火炬气成份火炬气分子 量与不饱和烃 的量有关。 不饱和烃对注入蒸汽量的影响见图 2.2-6 所示。 不饱和烃重量百分率 该图在火炬烟囱顶端内侧注入蒸汽时使用。 火炬气分子量对注入蒸汽量的影响见式2.2-19 WW M H OHC j 2 068 108 − . . 2.2-19 式中 WH O 2 水蒸汽流量,kg/s; WHC 火炬气烃类流量,kg/s。 式2.2-19是以水蒸汽与火炬气燃烧后产生 CO2的重量比以 0.7 为基础。 蒸汽注入一般采用两种方法 1 离火炬烟囱的顶部约 1.5m 处设蒸汽注入管道; 2 在火炬顶部设专门的蒸汽注入环。 蒸汽流量采用自动控制或人工控制。 在火炬气量突然增加时允许短时间有烟的操作, 可采用人工控 制。 b 放空烟囱直径计算 放空烟囱的尺寸由允许压降和防止由于燃烧或有毒气体给地面或工作平台造成危害来确定。 一般情 况下,选用较高的排放速度,至少为 150m/s。 烟囱顶部直径d d W U ⋅0785.ρ 2.2-20 式中 d 烟囱顶部直径,m; ρ 放空气在工作条件下的密度,kg/m3; U 放空气在烟囱顶部流速,一般选用 150m/s; W 放空气流量,kg/s。 c 噪声计算 离排放点 30m 处的噪声强度L30可用式2.2-21计算 图 2.2-6 高空火炬无烟燃烧时加入蒸汽量图图 2.2-6 高空火炬无烟燃烧时加入蒸汽量图 蒸 汽 量 与 燃 烧 火 炬 气 量 之 比 SLDI 233A22-98 9 LLWC30 2 10 1 2 lg 2.2-21 式中 L 噪声强度,dB,可由图 2.2-7 查得; C 声速,可由式2.2-9求得; W 排放火炬气流量,kg/s。 当离排放点的距离超过 30m 时,其噪声强度需用式2.2-22计算。 LLp i − 3020 30 lg γ 2.2-22 式中 Lp 距离排放点γi处的噪声强度,dB; γi 离排放点的距离,m。 压比PR 噪声计算归纳 1 计算所需基础数据如下 W 排放火炬气流量,kg/s; kj 绝热指数; Mj 排放火炬气分子量; Tj 排放火炬气温度,K; PR 噪声源上下游压力之比; γi 离排放点的距离,m。 2 计算内容 声速C91.2kjTj/Mj0.5 由 PR查图 2.2-7 得 L 计算 L30LLWC30 2 10 1 2 lg 计算 LpLLp i − 3020 30 lg γ 例排放火炬气流量为 14.6kg/s,绝热指数为 1.4,分子量为 29,气体温度为 311K,进出排放压比 为 3,计算离排放点 305m 处的噪声强度。 解 a 声速C的计算 由式2.2-9得 C kT M jj j 912 0 5 . . 图 2.2-7 离火炬烟囱顶部 30m 处噪声强度图 2.2-7 离火炬烟囱顶部 30m 处噪声强度 噪 声 强 度 dB SLDI 233A22-98 10 912 14311 29 0 5 . . . 353m s/ b 1 2 WC2的计算 1 2 1 2 14 6353910000 22 WC . c 10 1 2 2 lgWC的计算 10 1 2 2 lgWC 10910000 60 lg dB d 查图 2.2-7 已知 PR3,查得 L54 e 离排放点 30m 噪声强度计算 由式2.2-21得 L305460114dB 注上述计算是假设声速为球形传播,如果为半球形传播,上述计算结果应加3dB。 f 离排放点 305m 处噪声强度计算 由式 2.2-22 得 LL i 3053020 30 − lg γ − 11420 305 30 94 lg dB 因此,在此条件下,离排放点 305m 处的噪声强度为 94dB。 2.3 主要的辅助设备 2.3.1 火炬管道 火炬管道的设计和压力降计算参见管道压力降计算SLDI 233A13-98第 2 章“单相流可压缩流 体”和第 3 章“气-液两相流非闪蒸型” 。 2.3.2 火炬气分离罐 火炬气分离罐的设计和计算参见气-液分离器设计SLDI 233A14-98。 2.3.3 火炬气密封系统 火炬气密封系统包括水液封和气封分子密封,都是为了防止排放气倒流和空气倒入火炬系统发 生爆炸燃烧事故而设的。 下述情况要设水封 a 排放气达到一定的数量,要在一个独立的火炬中燃烧。 b 为了防止火炬总管系统产生真空,需要相对高的吹扫速率排放气比空气轻或未经冷却的热排 放气。 下述情况可不设水封 a 排气设备背压允许值很低,以致于入口插入管的深度小于 100mm。 b 排放气温度很低以致于可能引起水封冻结无加热站。 如果火炬系统设水封,则水封本身及其下游设备的设计压力可定为 700kPa表,其上游设备设计压 力定为 350kPa表。水封槽内要留有一定的气相空间,以防水夹带。 水封水补充速度要适当,不能太快。水封槽溢流口排出水应回收。水封槽在严寒地区要采取防冻设 施,并防止碳氢化合物覆盖液面。 水封槽与火炬基础合并设置时,水封槽应尽量靠近火炬烟囱。水封槽示意图见图 2.3-1 所示。 气封是在火炬内无气体排放时,用一定量的吹扫气通过火炬,使火炬维持正压,防止空气倒流入火 炬系统,保证安全操作。气封又称分子密封,结构如图 2.3-2 所示。 SLDI 233A22-98 11 注排液管液封至少应为罐最大工作压力的175。 下述情况要设气封 a 无水封; b 水封下游要求大流量的吹扫气。 气封用气比空气轻,气封气源接口可设在气封旁边;若比空气重气封气源接口设在火炬底部。若雨 天或冷凝能影响气封,则应设置排放管,其公称直径不小于 50mm。 气封要设在火炬烟囱顶部。如果仅安装一个气封,则整个火炬系统可按 350kPa表设计,但设备的 壁厚要按 700kPa表设计。 由于经济原因,气封气的流速不可能很高,一般使火炬烟囱内流速维持在 0.030.06m/s,在总用量 较低的情况下适当地提高气封气流速有利于气封的密封效果。 气封用气的露点不高于环境的最低温度,可以选用氮气或低分子量气态烃。 2.4 火炬系统的流程 2.4.1 火炬系统包括火炬气分离罐、火炬气密封槽及分子密封、火炬烟囱及火炬管道。 2.4.2 典型的火炬系统流程 图 2.3-1 火炬气液封水封槽示意图 图 2.3-1 火炬气液封水封槽示意图 图 2.3-2 气封分子密封器结构图图 2.3-2 气封分子密封器结构图 放空 去污水管 SLDI 233A22-98 12 将来自各排放系统的物料,首先引入火炬气分离罐,将气液分离,液体返回回收装置,气体引入火 炬气密封罐,从密封罐出来的气体则引入火炬烟囱,见图 2.6-2 所示。 2.4.3 乙烯装置的火炬系统 将装置内排放的物料分别送到如下四条总管 a 干火炬总管收集乙烯装置内不含水的、冷的碳氢化合物; b 湿火炬总管收集乙烯装置内含水的、热的碳氢化合物; c 热火炬总管收集乙烯装置内不含水的、热的碳氢化合物; d 液体排放总管收集乙烯装置内低温和冷冻部分的低温液体。 湿火炬总管气体进入湿火炬分离罐, 罐内分离冷凝夹带的碳氢化合物, 从罐上部出来的气体进主火 炬总管,下部液体经泵排至急冷塔。 干火炬总管气体进入干火炬分离罐, 罐内分离液体后进主火炬总管, 液体排污系统来的物料经蒸发 后也进干火炬分离罐。 热火炬总管直接接到主火炬总管。液体排放总管的液体排到干火炬分离罐。 合并后的火炬气经主火炬总管到火炬烟囱, 火炬烟囱顶部接分子密封器。 排放的碳氢化合物在火炬 头即燃烧烧嘴充分燃烧。 2.4.4 火炬系统还包括其他一些辅助设施,如冷火炬气加热站等。实际设计中应根据具体的工艺装置 决定采用什么样的火炬系统。 2.5 计算举例高空火炬 2.5.1 简单近似计算法举例 假设计算所用的基础数据如下 火炬气流量Wj126kg/s; 火炬气平均分子量Mj46.1; 火炬气在火炬烟囱顶部的流体温度Tj422K; 燃烧热hj5104kJ/kg; 绝热指数kj1.1; 火炬顶部内侧的火炬气压力Pj108kPa; 设计风速Ux8.9m/s; 热辐射因子F0.3; 最大允许热辐射强度K6.3kW/m2离火炬中心 45.7m 处; 热辐射强度传递因子τ1.0。 a 计算火炬烟囱直径dj 由式2.2-2得 d W PM T kM j j jach j jj ⋅ ⋅ − 1161 10 2 0 5 . . 当 Mcah0.5 时,则 dj ⋅ − 116110126 10805 422 11461 2 0 5 . ... . 088.m b 计算火炬烟囱高度 1 火焰长度l 火炬气放热量Q Q hjWj 5104126 6.3106 kW 由图 2.2-2 查得l为 130m。 2 火炬气在火炬烟囱出口处的速度Uj 当 Mach0.5 时,由式2.2-10得 Uj UjMachC SLDI 233A22-98 13 05912 144 7 0 5 .. ./ . kT M m s jj j U U x j 89 144 7 0062 . . . 由图 2.2-3 查得 当 Mach0.5 时 ∆X l 068. ∆Xlm068068130884... ∆Y l 054. ∆Ylm054054130702... 3 计算火炬烟囱高度 由式2.2-14得 DFQKτπ/ 4 1036310463 1545 6 ../. . π m 由式2.2-8得 HDRXY−− − 2 2 0 5 1 2 1 2 ∆∆ . 当 Mach0.5 时,则 H −− −1545457 1 2 884 1 2 702 2 2 0 5 .... . 119m 由以上计算得当 Mach0.5 时,火炬烟囱直径为 0.88m,高度为 119m。 2.5.2 布鲁托斯基和索麦尔近似计算法举例 假设计算所用的基础数据如下 火炬气流量Wj126kg/s; 火炬气平均分子量Mj46.1; 空气的分子量Mx29; 平均风速Ux8.9m/s; 火炬顶部内侧的火炬气压力Pj108kPa; 平均相对湿度γ0.5; 火炬气燃烧热值hj5104kJ/kg; 绝热指数kj1.1; 火炬气在空气中的爆炸下限Cl0.021; 火炬气温度Tj422K; 空气温度Tx289K。 a 计算高空火炬烟囱直径dj 由式2.2-2得 dj[11.6110-2WjTj/kjMj0.5/PjMach]0.5 当火炬气为最大排放量时,最大马赫数可取为 0.5,因此 dj[11.6110-2126422/1.146.10.5/1080.5]0.5 0.88m b 高空火炬烟囱高度H的计算 1 计算火焰偏距Xc、Yc 由式2.2-9计算 声速C91.2kjTj/Mj0.5 91.21.1422/46.10.5 289.4m/s SLDI 233A22-98 14 火炬气速度Uj Uj MachC 0.5289.4 144.7m/s 由式2.2-11得 CC U U M M ll j x j x − 0021 144 7 89 461 29 0542 . . . . . 由式2.2-13得 dRd U U T M T jj j x xj j 0 5 . 088 144 7 89 289461 422 804 0 5 . . . . . . 由Cl − 、djR 查图 2.2-4 和图 2.2-5 得 Xc17.7m Yc30m 2 计算火焰中心到地面边界的距离D 由式2.2-14得 D[τFQ/4πK]0.5 根据表 2.6-4,取允许操作人员短期通过的最大热辐射强度K为 9.46kW/m2. 取热辐射系数 F0.3,热辐射强度传递因子τ1.0。火炬气放热量Q Q hjWj 1265104 6.3106kW D [1.00.36.3106/4π9.46]0.5 126m 另外,假设界区地面辐射半径 R45.7m 时,最大允许热辐射强度 K6.3kW/m2,则 D [1.00.36.3106/4π6.3]0.5 154.5m 3 计算高空火炬烟囱高度 当热辐射强度 K9.46kW/m2,地面边界在火炬中心,即 R '0 H'D 可计算出该条件下的最小火炬高度H H H '-Y c D-Yc 126-30 96m 当热辐射强度 K6.3kW/m2时 R45.7m D154.5m 由式2.2-18得 H [D2-R-Xc2]0.5-Yc [154.52-45.7-17.72]0.5-30 122m 根据上述计算,火炬烟囱直径为 0.88m,火炬高度为 122m。与简单近似法的计算结果基本相同。 在实际计算中,可根据所具有的基础数据选择不同的计算方法。 2.6 附图和附表 2.6.1 风速高度变化系数Kv见表 2.6-1。 2.6.2 可燃气体的热值见表 2.6-2。 SLDI 233A22-98 15 2.6.3 可燃气体在空气中的爆炸下限见表 2.6-3。 2.6.4 不考虑太阳热辐射时允许的最大热辐射强度见表 2.6-4。 2.6.5 可燃气体绝热指数关系见图 2.6-1 所示。 2.6.6 典型的火炬系统流程见图 2.6-2 所示。 表 2.6-1 风速高度变化系数Kv 离地面或海面高度 Kv m 陆 上 海 上 ≤2 0.72 0.8 5 0.88 0.92 10 1.00 1.00 15 1.07 1.05 20 1.12 1.09 30 1.19 1.14 40 1.24 1.17 50 1.28 1.20 60 1.31 1.22 70 1.33 1.24 80 1.36 1.26 90 1.38 1.27 100 1.40 1.28 150 1.48 1.34 200 1.54 1.38 250 1.59 1.41 300 1.64 1.44 ≥350 1.67 1.47 表 2.6-2 可燃气体的热值 名 称 热值 kJ/Nm3 以低热值计 氢气 10744 甲烷 35710 乙烷 63579 乙烯
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