分析开放式地面火炬防护距离的确定

开放式地面火炬在乙烯和天然气的领域被各大企业所接受，但因其安全防护距离在国内标准里没有相应的标准，其应用在一定程度上受阻。下面将从以下几个方面来介绍开放式地面火炬的防护距离。
一、开放式地面火炬流程及结构特点
（一）简单流程及结构
带压火炬气首先经分液罐、水封罐后进入排放气集气总管，为适应不同工况和排放气流量变化的要求，采用分级控制、分级燃烧。即根据正常排放、事故排放等不同情况分成N级燃烧系统，每级燃烧系统管线上设置有级燃烧系统管线上分别设有气动切断阀。
（二）主要结构及燃烧特点
（1）分液罐和水封罐
分液罐是开放式地面火炬成功安全燃烧的前置条件，按API-RP521“Guide for Pressure-Relieving and Depressuring Systems”和《石油化工企业燃料气系统和可燃气体排放系统设计规范》SH3009-2001，依据更大排放条件分别计算求得分液罐及水封罐的大小，从而使火炬气中无大于30µm的液滴，以确保开放式地面燃烧系统可靠安全运行，同时回收凝液中的烃类组份。并利用分液罐防止回火及可能产生的爆炸。
（２）防辐射金属围栏
金属围栏在开放式地面火炬中起到了两方面的作用。其一：防止地面火炬辐射热的低空辐射。其二：为火炬气的充分燃烧提供空气。其三：削弱噪声。因此金属围栏的设计为非透明型的，风载荷符合当地的气象条件，地震负荷符合当地的地质条件。
（3）地面燃烧器
按更大燃烧量设计的很多个多孔地面燃烧器成排排列，与其周围的防辐射金属围栏共同组成火炬燃烧区域，大股的火炬排放气通过很多只地面燃烧器而分成许多小股，以利于排放气与空气混合，增加与空气接触面积，空气与排放气的混合主要是依靠排放气自身的压力和特殊结构的地面燃烧器来完成，在设计合理、维护保养可靠的条件下可保证100％无烟燃烧。
（4）长明灯及点火系统

长明灯保持常燃，以便任何时刻有排放气排放都能立即点燃，以确保系统燃烧安全。灯型设计可保证在恶劣环境下能够可靠点火，火焰可抵御12级大风及暴风雨雪。点火系统具有火焰检测和自动点火功能。电点火器可以实现自动、遥控、现场手动三种点火方式。

二、开放式地面火炬与周边设施防护距离的探讨
开放式地面火炬在国内还处在起步阶段，科学、合理确定防护距离，既可以有效减轻事故的危害，也可充分利用有限的土地资源。石化项目防护距离主要依据卫生防护距离和安全防护距离确定。卫生防护距离是指在正常生产条件下，无组织排放的有害气体从车间或单元的边界扩散至居住区边界后，达到限制浓度所需的更小距离；安全防护距离主要是指在发生火灾、爆炸、泄露事故时，防止和减少对人员伤亡、中毒、邻近装置和财产破坏所需的更小距离；
因此开放式地面防护距离确定的基本原则主要是：
1.热辐射的作用2.噪声的危害3.完全燃烧后的排放浓度4.节约用地。其中热辐射作用是其中更关键的因素。
（一）开放式地面火炬的热辐射
燃烧产生的热辐射会对人和设备造成损害，更甚的可能会使周边设施泄漏出来的燃烧源达到一定的爆炸能量。
对于地面火炬，以火焰的燃烧性质作为设计主要考虑的内容，在API-RP521《Guide for Pressure-Relieving and Depressuring Systems》中从火焰的性质、烟雾、辐射、噪声和污染等方面提出了设计要求。同时确定了相关计算方法，包括火炬直径、长度、高度以及由风速引起火焰变形的计算，而水平方向的辐射热与距火炬中心水平距离之间的关系按照API-RP521［1］有公式可表示。同时API也强调必须结合实际的模拟计算，现在国外已有相应的软件对此进行模拟计算。
（二）开放式地面火炬的噪声
火炬燃烧产生的噪声主要来源于火炬的燃烧器与周围空气相混合的喷射气体、消烟媒介以及相关的混合、燃烧。高架火炬为改善燃烧状况、减少黑烟产生，会在火炬头处注入蒸汽或强制鼓风，从而大大增加了火炬的噪音，在其更大量排放时方圆几千米似乎置身于飞机场之中。地面火炬系统的排放在设计上可以实现分级控制。在排放压力不足时，系统需要使用少量蒸汽，一般只在前几级燃烧器中设计采用蒸汽助燃消烟，而其余燃烧器无需蒸汽。
（三）开放式地面火炬完全燃烧后的有害气体浓度
燃烧后的有害气体浓度是开放式地面火炬在设计中必须考虑的问题，因此目前开放式地面火炬基本上都用乙烯和天然气的领域。宁波禾元化学有限公司180万吨甲醇制烯烃去火炬处理组份主要为乙烯、丙烯、甲醇气、丙烷等，这些物质在其完全燃烧后的组份为CO2和H2O，有害气体浓度基本为0。因此如何确保火炬气体完全燃烧是开放式地面火炬的关键。
（1）长明灯点火系统必须灵敏、稳定。抵御外界的不确定因素，比如台风、暴雨、大雪，保证流量发生巨大变化条件下废气的稳定性。
1、正确设计火嘴系统。尤其重要的是从燃烧区获得足够的机械动能来提高混合率；
2、可靠的多个长明灯设置。入口压力高，长明灯明采用了引射技术火焰，可抵御12级大风及暴风雨雪；
3、火嘴离地面有较大的高度差，同时整个燃烧区设置良好的排水系统，以确保暴雨时不受淹；
4、稳定可靠的自动检测、控制、联锁系统；
5、多种点火方式，同时还设计有备用点火系统。
（2）足够的空气以保持稳定燃烧。
1、燃烧器与防辐射金属围栏之间相隔一定的距离以保证围栏顶部有足够的空气进入燃烧区域；
2、每排燃烧器相距一定距离；
3、向上直烧的方式增加热的对流和自然通风；
4、燃烧器利用废气压力促使空气与废气充分混合；
5、架空的金属围栏可保证地面火炬四周的自然通风；
6、考虑断电时有烟燃烧情况下可将备用空气送到系统中。
（3）排放速率的合理控制。
多级燃烧控制系统以减少火炬系统的瞬时排放量，使得排放燃气的压力和流量控制在燃烧器的负荷范围内；设置爆破片作为气动切断阀的旁路以确保系统的可靠燃烧。