火炬水封罐设置的计算与分析

火炬水封罐设置的计算与分析

油压机行业的生产设施，无论正常生产、中断或发生事故，都会将产生的二氧化碳引入可燃气体的输给系统，并通过气罐的回收和火火燃烧，然后传输。因此,火炬系统是保证工艺装置安全生产必不可少的一项设施,火炬系统的安全运行至关重要。1水封罐的设置和排放压力为防止发生事故,火炬系统必须采取阻火和防止回火的措施。阻火和防止回火的措施宜采用水封罐加注入吹扫气体的方法,不宜使用阻火器加注入吹扫气体的方法(1)阻火。水封罐可以防止火炬回火爆炸导致可燃性气体排放管网及其连接的设备被破坏,而且水封罐设置的位置越靠近火炬或放散塔根部,回火爆炸对系统造成破坏的范围越小。(2)维持火炬系统压力。在特定条件下排放管网存在两种负压工况:一种是遇到降雨时,管道内气体温度大幅降低可能导致整个管网出现负压;另一种是在大气压高程差作用下,密度小于空气密度的排放气体处于缓慢流动或不流动时,水封罐至火炬出口的任意点均处于不同的负压状态。但这种负压是自平衡的,不会造成空气由火炬头进入管网系统,却可以导致空气由放空管道或设备上的腐蚀等形成的孔洞进入系统。(3)分层控制排放背压。同一个放空系统中有两个或两个以上火炬同时操作时,不同火炬之间会存在压力差,当火炬气排放量较小时有可能发生火炬之间的互吸现象而导致空气进入火炬筒内发生爆炸事故(含氢量较高时极易发生)。因此,火炬之间必须采用水封罐以阻断气体在火炬筒内的倒流。分层设置水封高度有利于减少小气量工况时火炬头的焖烧问题。(4)提供火炬气回收所需的管网背压。若炼油厂设有可燃气体回收设施(如气柜),水封罐可通过调整水封高度维持放空管网的背压,达到火炬气回收的目的。(5)提供进地面火炬所需的管网背压。当大型炼化企业火炬系统采用地面火炬、高架火炬相结合型式时,对于地面火炬和高架火炬之间的切换也需通过调整水封高度维持放空管网的背压来控制。2水封罐尺寸的影响常用水封罐的型式主要有卧式水封罐、立式水封罐。随着石油化工厂的大型化,火炬气体排放量也越来越大,相应的水封罐尺寸也变得较大,立式水封罐受到较多的限制。一条原因是使用立式罐可能会影响到系统管廊的高度增加;另一个重要原因在于排放气体量较大时,立式罐水封液面的稳定性远不如卧式罐,容易造成溢流水量过大的问题。所以水封罐宜选用卧式水封罐。卧式水封罐又分带挡液板和不带挡液板卧式水封罐两种结构型式。3比较水封闭罐计算方法的方法3.1水封罐直径核算SH3009—2013中卧式水封罐的尺寸计算原则是分离液滴,而且必须满足气体临界流速、有效流通面积、有效水封量的要求。(1)水封罐直径按公式(1)计算。水封罐直径试算的推导基础是液滴(气体通过水封带出的)垂直降落时间等于气体从进口到出口流过的时间式中:DDabqp———操作条件下的气体压力(绝压),kPa;φ———系数,宜取2.5~3.0;U(2)水封罐直径按公式(2),(3)校核。卧式水封罐直径核算的理论出发点是根据水平流道中气液两相流动机构提出的罐最小直径计算公式,同时水封罐按气体折算速度ω″式中:qVD(3)卧式水封罐直径满足条件。水封罐内的有效水封水量应至少能够在可燃性气体排放管网出现负压时,满足水封罐入口立管3m充满水量,和卧式水封罐内气体流动的径向截面积应大于或等于入口管道横截面积的3倍(4)气体入口至出口的距离按公式(4)计算。式中:L3.2有效水封量的确定API521―2007(5th)中卧式水封罐的尺寸计算原则是满足有效流通面积、有效水封量的要求(1)有效流通面积。液体表面的气体区域至少等于2D直径的一个圆周,D为气体入口管道的管径,即水封罐内液面以上气体流动的自由截面面积至少应该是入口管道截面面积的3倍。(2)有效水封量。水封罐内的有效水封水量应至少能够在可燃性气体排放管网出现负压时,满足水封罐入口立管一定高度的充满水量3.3两个基准的比较3.3.1水封罐入口立管确定(1)卧式水封罐内气体流动的径向截面积应大于或等于入口管道横截面积的3倍。(2)水封罐内的有效水封水量应至少能够在可燃性气体排放管网出现负压时,满足水封罐入口立管一定高度的充满水量。SH3009—2013规定水封罐入口立管3m高度,API521—2007要求根据实际工况计算水封罐处可能出现的最大真空度,建议不小于3m。(3)水封罐具有撇除水面上积聚的凝结液的功能、防止液面波动的措施。(4)如选用带挡液板水封罐,需根据有效水封量确定挡液板的位置。3.3.2水封罐工艺设计SH3009—2013规定水封罐应能够分离直径大于等于600μm的水滴根据API规范和国外火炬运行经验,国外石化企业火炬设施一般是为单装置或极少数装置服务的,规模相对较小。API521—2007中只要求水封罐具有水封的功能,没有要求水封罐具有分离水滴的功能。在实际运行中也没有发生由于携带水滴造成事故,并且水封罐或多或少具有一定的分液功能,进出口管道之间的距离越长,分液效果越好。4水封罐校核要求在放空温度为120℃,装置最大容许背压为0.05MPa,相对分子质量为56,管网当量长度为1.5km,水封罐处最大容许背压20kPa条件下,不同放空量计算的水封罐尺寸规格见表1。SH3009—2013中对水封罐要求根据分液功能试算其直径、进出口距离(或有效分液段距离),而且必须根据水平流道中气液两相流动机构提出的罐最小直径计算公式进行校核。这是因为罐最小直径要求一般比分液功能计算要求更加苛刻。表1计算结果显示,带挡液板水封罐的尺寸略小于不带挡液板水封罐,同时根据理论结果分析,挡液板一般位于距离入口端约1/3的位置即可满足最小有效水封量的要求。API521—2007中水封罐的计算不考虑分液功能,仅根据有效水封量、气相有效流通面积要求进行计算,所以按其设计的水封罐尺寸规格均比按照SH3009计算的要小一些。5水封罐工艺参数(1)国内大型炼油化工企业的火炬系统一般规模较大,放空气体通过水封后必然携带一定的水滴,所以水封罐的设计必须执行SH3009—2013的要求,即水封罐具备分离直径大于或等于600μm水滴的功能;对于国外项目或明确执行API规范的项目可按照API521的要求设置水封罐。(2)水封罐除了具备分液功能外,还必须满足有效水封量(按最低水封高度核算)、根据水平流道中气液两相流动机构提出的罐最小直径、气体流动的径向截面积(按最高水封高度和挡液板高度的较大高度核算)的要求。(3)水封罐必须设置防止液面波动和撇油的措施,而且建议在气相出口处设置除沫网。(4)带挡液板水封罐相对不带挡液板水封罐的实际水封水量较少、气液接触面积较小,所以具有补水速率较快,气体带液量较少的优点,而且可利用挡液板溢流的方式将液面上的凝缩油溢流至另一侧进行二次沉降分离,还可将液面上的凝缩油通过撇油口撇除。因此,在能够保