摘要: 火炬，又称火把，是一种用来照明和传送火的工具，火炬，又称火把，是一种用来照明和传送火的工具。本篇文章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，强调了安全设计及要考虑的安全因素。
关键词: 火炬系统，安全设，安全因素，电气中级工程师论文
前言
火炬系统是用来处理工厂或装置在开车、停车、事故、正常生产时排放的无法收集和再加工的可燃气体、有毒气体的特殊燃烧设施。将易燃、有毒、有腐蚀性气体通过燃烧变成无害的二氧化碳、水或无毒、毒性较小的其他物质，它是保证工厂安全生产、减少环境污染的一项重要措施，是化工厂的最后一道安全屏障，但火炬系统本身如果设计不当会造成设备损坏，甚至人员伤亡等存在更大的安全隐患，所以火炬系统的安全设计是非常必要的，应当受到重视，本人结合项目设计，特别是低热值气体的火炬系统设计，提出一些安全措施以供借鉴。
1 火炬系统概述
根据支撑结构火炬可分为高架火炬和地面火炬，其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分为拉线式、自制撑式和塔架式。其中塔架式结构稳定，占地面积小被广泛应用。
火炬系统包括排放管网，火炬设备，塔架，点火和控制系统，根据工艺流程，排放气由排放管网进入火炬界区后依次进入分液罐，水封罐，火炬筒体，分子封，火炬头等火炬设备，自动点火和控制系统为火炬系统安全燃烧提供保障。
分液罐和水封罐能分离300～600μm以上的液滴，防止大量液滴被气体夹带到火炬头后，燃烧不充分产生火雨，水封罐和分子封为了防止回火爆炸，分子封一般采用迷宫式结构。
火炬筒体连接分子封和立式水封罐，让火炬气通过， 也起支撑作用，火炬筒体的直径，根据规范要求不能小于排放管的直径，一般取跟排放管直径一致。
火炬头将排放的有害气体燃烧成无害或危害程度较低的气体，是火炬装置的主要设备，形式很多，低热值气通常采用扩径式，扩径起两个作用，首先，边界气速降低容易点火，然后，边界气返回滞留时燃烧放热维持火炬气继续燃烧。
2 放空系统的安全设计
2.1 火炬管网的设计
以60万吨/年煤制甲醇项目为例，综合各工段排放气参数，根据不互相反应，排放压力差别不大，热值大小等因素，确定设三个排放管网，各排放气参数如下：
气体成分 气量Nm³/h 温度℃ 压力MpaG 低热值KJ/m³ 分子量g/mol 重度kg/m³
煤气化气 661070 217 0.15 3755 19.8 0.88
丙烯 42897 100 0.1 85968.7 42 1.88
干燥酸性气 3036 25 0.1 10680 4109 1.87
三个排放管网分别为：气化工段气化炉排放气为主的火炬总管，冰机工段和低温甲醇洗工段排放的丙烯气管道和低温甲醇洗工段排放的不含水酸性气管道。因为丙烯火炬气的热值太高，不宜与热值低的大排量气体共用火炬头，否则火焰会在火炬头处或内部闷烧，最终把火炬头烧坏，所以设单独排放管网，酸性气中含高浓度H2S，因为不含水，所以选择碳钢管道即可，如果排入火炬总管，因为其它的气体可能含水，H2S酸性气遇到水则会有腐蚀性，为了避免选择昂贵的管道材料，所以干燥酸性气设单独排放管网。
排放管网确定后，可根据排放气量和选择合适的马赫数来确定管径，然后再核算下气体压力降，看起点排放压力是否能满足压力降要求。以火炬总管为例，计算
Vs-----声波在排放气中的传播速度 ，m/s
Ka-----排放气体绝热指数
R-------气体常数 R=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，g/mol
Va----火炬出口气体线速度，m/s
m------马赫数
Df-----火炬头有效流通截面积，m
过程如下：
Df A Va m Vs Ka R T M
1.4 1.557 211.6 0.4 529 1.3 8314 490 19.8
根据以上计算可选取管径DN1400，再核算压力降，如下表：
公式：P2-P1=λ*(L/d)*(RT/M)*G2
放空量 G2= 19372 kg/(m2*s
分子量 M= 19.7
预设管径 di= 140 cm
水力摩擦系数 λ 0.0120
气体温度 t= 217 ℃
管道起点压力 P1= 250 kPa
管道终点压力 P2= 150 kPa
管道计算长度 L= 1200 m
管子内径 d= 125 cm
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。
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