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摘要：火炬是石化厂、炼油厂及其他工厂处理无法回收利用的可燃性气体的重要安全环保设施。合理进行火炬系统设计，对保证安全生产，保护环境，节省投资有重要意义。本文就火炬系统设计中需要注意的几个问题作了阐述说明。
关键词：火炬系统安全生产火雨回火
火炬系统是石油化工厂安全生产的必要措施。用于处理装置正常生产、开停车，检修，事故泄压时排放出的可燃性气体及蒸汽。
火炬系统是由火炬气排放管网和火炬头、火炬筒体、长明灯、自动点火系统、塔架、分液罐、水封管等火炬装置组成。
本文就火炬系统设计中几个设计要点进行了阐述说明。
1、火炬的形式的选择
1.1火炬分类
火炬的分类方法很多，通常按照是否远离地面划分为高架火炬和地面火炬。
1.1.1高架火炬
高架火炬即采用竖立的火炬筒体将燃烧器（也称为火炬头）高架于空中，火炬气通过火炬筒体进入燃烧器，燃烧后的烟气直接进入空中，随气流扩散至远处。高架火炬火焰形成在足够高的高空，其辐射热对地面的设备及人员影响较小，有利于燃烧产物的扩散。
1.1.2地面火炬
地面火炬一般粗短，无烟、不发光并且几乎无声。主要由基础、安全防护墙、燃烧器组、防辐射隔热罩、点火设施等组成。地面火炬系统可将气体放空燃烧火焰完全控制在防辐射隔热罩内，外界看不到火焰。能最大限度的减少热辐射、噪音对工作人员和周围设备的影响。地面火炬具有占地面积小，检修方便，污染低，噪声小等优点。
1.2火炬形式的选择
一般要根据火炬系统的设计处理量、工厂所在地的地理条件及环境保护要求等因素，决定采用何种形式的火炬。
当火炬设计处理能力高于30t/h时，一般要采用高架火炬，因为燃烧气量大，放出的热量多，为了减少地面上的热辐射强度，需要把可燃气送到高空中燃烧。且高架火炬的造价比地面或低较低，因而采用比较普遍，但它们的主要缺点是光污染大，噪声大，如果火炬气中带液，可能会发生“火雨”。
与高架火炬相比，随着处理量的增加，其造价增加幅度往往比高架火炬高的多，地面火炬不能用于有毒物质的焚烧。地面火炬造价较高，处理能力有限，常与高架火炬联合使用。
2、火炬系统的设计条件
由于装置在生产过程中排放的火炬气量和组成是波动的，要求设计的火炬系统能够安全输送和处理各种生产工况下排放的火炬气，火炬气排放量变化可从几乎为零到紧急情况时的最大排放量，火炬气排放量和火炬气的组成、温度、压力、排放频率等是火炬设计的主要条件。
火炬系统设计泄放量是确定火炬系统设计的关键因素。对于单个装置用火炬系统而言，装置正常生产、开车、停车及各种事故工况下最大排放量可作为火炬系统的设计泄放量，對于多个装置公用的火炬系统而言，火炬系统的泄放量的确定就是要对不同装置可能出现的各种事故工况进行逐一分析，并对各种事故工况的泄放量进行计算，然后取泄放量最大值作为火炬系统的设计泄放量。
3、高架火炬系统防火间距
根据GB50160-2008，第4.2.12规定“高架火炬的防火间距应根据人或者设备允许的安全辐射强度计算确定，对对可能携带可燃液体的高架火炬的防火间距不应小于表4.2.12的规定”。
确定高架火炬与其相邻设施的防火间距主要有以下因素：火炬是否会产生火雨、火炬辐射热不应影响人或设备的安全、火炬为明火地点。根据上述三个因素综合考虑，应按所确定的最大值设置高架火炬与其相邻设施的防火间距。
3.1火炬是否会产生火雨
当火炬排放的可燃气体中携带可燃液体时，可能因不完全燃烧而产生火雨。据调查，火炬火雨洒落范围为60～90m。因此，为了确保安全，对可能携带可燃液体的高架火炬的防火间距作了特别规定。
装置在正常生产过程及事故工况中会引起的火炬排放。如果火炬气均为较轻介质（不会产生凝液）或采取一定措施（如：设置可靠的分液设施或采取保温伴热等）保证火炬事故工况最大量排放或排放较重介质时不携带可燃液体，可视为火炬不可能携带可燃液体。火炬燃烧不会产生火雨。
3.2火炬辐射强度
根据美国石油化工协会API521-2014和一些国外工程公司关于火炬设计，可以考虑在火炬辐射热强度大于1.58kW/m2的区域内布置一些设备和设施，但应按照表1的要求检查操作人员工作条件，以采取适当的防护措施确保操作人员的安全。
厂外居民区、公共福利设施、村庄等公众人员活动的区域，火炬辐射热强度应控制在不大于1.58kW/m2。
设备能够安全地承受比对人体高得多的热辐射强度。在热辐射强度1.58～3.20kW/m2的区域可布置设备，如果在此区域布置的设备为低熔点材料（如铝、塑料）设备、热敏性介质设备等时，需要考虑热辐射所造成的影响；在热辐射强度大于3.20kW/m2的区域布置设备时，需要对热辐射的影响作出安全评估。
不仅要考虑火炬辐射热对地面人员安全的影响，也要考虑对在高塔和构架上操作人员安全的影响。在可能受到火炬热辐射强度达到4.73kW/m2区域的高塔和构架平台的梯子应设置在背离火炬的一侧，以便在火炬气突然排放时操作人员可迅速安全撤离。
火炬之间的防火间距要保证辐射热不影响相邻火炬的检修和运行，同时应考虑风向、火焰长度等因素。
3.3火炬为明火地点
因火炬长期有外露火焰，其还应按明火地点复核与相邻设施的防火间距。
4、高架火炬系统无烟燃烧
GB50160-2008中规定，火炬应采取有效的消烟措施，且火炬设计成无烟燃烧也是为了满足国家有关环保排放标准。
如果火炬气中含有重组分，可能会燃烧不完全而产生黑烟。除酸性气火炬外宜使用蒸汽控制烟雾生成，对酸性气火炬，寒冷地区的火炬及低温条件下使用的火炬可采用压缩空气控制烟雾生成。消烟蒸汽的压力宜控制在0.7MPa（g）～1.0MPa（g），消烟压缩空气的压力不宜低于0.7MPa（g）。
消烟蒸汽量可按照下式计算，压缩空气消耗量可取蒸汽量的1.2倍～2倍。
式中：
Gst—消烟蒸汽量，kg/h；
qcm—排放气中的碳氢化合物的质量流量，kg/h，计算时排放量取装置开停车排放量的最大值；
Mc—排放气中的碳氢化合物的平均分子量。
5、火炬系统防回火措施
为了防止空气进入火炬系统而产生回火或爆炸危险，火炬系统必须采取有效的防止回火措施。火炬系统通常采用水封罐加注入吹扫气体的方法防止回火，且火炬设置速度密封器或者分子密封器。氢气、乙炔、环氧乙烷等介质的火炬、酸性气火炬和有毒介质的火炬，吹扫气体宜使用燃料气。对碳氢化合物可燃气体火炬，吹扫气体宜使用氮气。
6、总结
火炬系统设计是个复杂的过程，需要考虑和注意的问题的很多。火炬设计必须在充分保证安全的基础上，考虑各个环节，从而确保生产装置的安全可靠的运行。
参考文献：
[1]API521-2014Pressure-relievingandDepressuringSystems
[2]API537-2008FlareDetailsforGeneralRefineryandPetrochemicalService
[3]GB50160-2008石油化工企业设计防火规范
关键词：火炬系统安全生产火雨回火
火炬系统是石油化工厂安全生产的必要措施。用于处理装置正常生产、开停车，检修，事故泄压时排放出的可燃性气体及蒸汽。
火炬系统是由火炬气排放管网和火炬头、火炬筒体、长明灯、自动点火系统、塔架、分液罐、水封管等火炬装置组成。
本文就火炬系统设计中几个设计要点进行了阐述说明。
1、火炬的形式的选择
1.1火炬分类
火炬的分类方法很多，通常按照是否远离地面划分为高架火炬和地面火炬。
1.1.1高架火炬
高架火炬即采用竖立的火炬筒体将燃烧器（也称为火炬头）高架于空中，火炬气通过火炬筒体进入燃烧器，燃烧后的烟气直接进入空中，随气流扩散至远处。高架火炬火焰形成在足够高的高空，其辐射热对地面的设备及人员影响较小，有利于燃烧产物的扩散。
1.1.2地面火炬
地面火炬一般粗短，无烟、不发光并且几乎无声。主要由基础、安全防护墙、燃烧器组、防辐射隔热罩、点火设施等组成。地面火炬系统可将气体放空燃烧火焰完全控制在防辐射隔热罩内，外界看不到火焰。能最大限度的减少热辐射、噪音对工作人员和周围设备的影响。地面火炬具有占地面积小，检修方便，污染低，噪声小等优点。
1.2火炬形式的选择
一般要根据火炬系统的设计处理量、工厂所在地的地理条件及环境保护要求等因素，决定采用何种形式的火炬。
当火炬设计处理能力高于30t/h时，一般要采用高架火炬，因为燃烧气量大，放出的热量多，为了减少地面上的热辐射强度，需要把可燃气送到高空中燃烧。且高架火炬的造价比地面或低较低，因而采用比较普遍，但它们的主要缺点是光污染大，噪声大，如果火炬气中带液，可能会发生“火雨”。
与高架火炬相比，随着处理量的增加，其造价增加幅度往往比高架火炬高的多，地面火炬不能用于有毒物质的焚烧。地面火炬造价较高，处理能力有限，常与高架火炬联合使用。
2、火炬系统的设计条件
由于装置在生产过程中排放的火炬气量和组成是波动的，要求设计的火炬系统能够安全输送和处理各种生产工况下排放的火炬气，火炬气排放量变化可从几乎为零到紧急情况时的最大排放量，火炬气排放量和火炬气的组成、温度、压力、排放频率等是火炬设计的主要条件。
火炬系统设计泄放量是确定火炬系统设计的关键因素。对于单个装置用火炬系统而言，装置正常生产、开车、停车及各种事故工况下最大排放量可作为火炬系统的设计泄放量，對于多个装置公用的火炬系统而言，火炬系统的泄放量的确定就是要对不同装置可能出现的各种事故工况进行逐一分析，并对各种事故工况的泄放量进行计算，然后取泄放量最大值作为火炬系统的设计泄放量。
3、高架火炬系统防火间距
根据GB50160-2008，第4.2.12规定“高架火炬的防火间距应根据人或者设备允许的安全辐射强度计算确定，对对可能携带可燃液体的高架火炬的防火间距不应小于表4.2.12的规定”。
确定高架火炬与其相邻设施的防火间距主要有以下因素：火炬是否会产生火雨、火炬辐射热不应影响人或设备的安全、火炬为明火地点。根据上述三个因素综合考虑，应按所确定的最大值设置高架火炬与其相邻设施的防火间距。
3.1火炬是否会产生火雨
当火炬排放的可燃气体中携带可燃液体时，可能因不完全燃烧而产生火雨。据调查，火炬火雨洒落范围为60～90m。因此，为了确保安全，对可能携带可燃液体的高架火炬的防火间距作了特别规定。
装置在正常生产过程及事故工况中会引起的火炬排放。如果火炬气均为较轻介质（不会产生凝液）或采取一定措施（如：设置可靠的分液设施或采取保温伴热等）保证火炬事故工况最大量排放或排放较重介质时不携带可燃液体，可视为火炬不可能携带可燃液体。火炬燃烧不会产生火雨。
3.2火炬辐射强度
根据美国石油化工协会API521-2014和一些国外工程公司关于火炬设计，可以考虑在火炬辐射热强度大于1.58kW/m2的区域内布置一些设备和设施，但应按照表1的要求检查操作人员工作条件，以采取适当的防护措施确保操作人员的安全。
厂外居民区、公共福利设施、村庄等公众人员活动的区域，火炬辐射热强度应控制在不大于1.58kW/m2。
设备能够安全地承受比对人体高得多的热辐射强度。在热辐射强度1.58～3.20kW/m2的区域可布置设备，如果在此区域布置的设备为低熔点材料（如铝、塑料）设备、热敏性介质设备等时，需要考虑热辐射所造成的影响；在热辐射强度大于3.20kW/m2的区域布置设备时，需要对热辐射的影响作出安全评估。
不仅要考虑火炬辐射热对地面人员安全的影响，也要考虑对在高塔和构架上操作人员安全的影响。在可能受到火炬热辐射强度达到4.73kW/m2区域的高塔和构架平台的梯子应设置在背离火炬的一侧，以便在火炬气突然排放时操作人员可迅速安全撤离。
火炬之间的防火间距要保证辐射热不影响相邻火炬的检修和运行，同时应考虑风向、火焰长度等因素。
3.3火炬为明火地点
因火炬长期有外露火焰，其还应按明火地点复核与相邻设施的防火间距。
4、高架火炬系统无烟燃烧
GB50160-2008中规定，火炬应采取有效的消烟措施，且火炬设计成无烟燃烧也是为了满足国家有关环保排放标准。
如果火炬气中含有重组分，可能会燃烧不完全而产生黑烟。除酸性气火炬外宜使用蒸汽控制烟雾生成，对酸性气火炬，寒冷地区的火炬及低温条件下使用的火炬可采用压缩空气控制烟雾生成。消烟蒸汽的压力宜控制在0.7MPa（g）～1.0MPa（g），消烟压缩空气的压力不宜低于0.7MPa（g）。
消烟蒸汽量可按照下式计算，压缩空气消耗量可取蒸汽量的1.2倍～2倍。
式中：
Gst—消烟蒸汽量，kg/h；
qcm—排放气中的碳氢化合物的质量流量，kg/h，计算时排放量取装置开停车排放量的最大值；
Mc—排放气中的碳氢化合物的平均分子量。
5、火炬系统防回火措施
为了防止空气进入火炬系统而产生回火或爆炸危险，火炬系统必须采取有效的防止回火措施。火炬系统通常采用水封罐加注入吹扫气体的方法防止回火，且火炬设置速度密封器或者分子密封器。氢气、乙炔、环氧乙烷等介质的火炬、酸性气火炬和有毒介质的火炬，吹扫气体宜使用燃料气。对碳氢化合物可燃气体火炬，吹扫气体宜使用氮气。
6、总结
火炬系统设计是个复杂的过程，需要考虑和注意的问题的很多。火炬设计必须在充分保证安全的基础上，考虑各个环节，从而确保生产装置的安全可靠的运行。
参考文献：
[1]API521-2014Pressure-relievingandDepressuringSystems
[2]API537-2008FlareDetailsforGeneralRefineryandPetrochemicalService
[3]GB50160-2008石油化工企业设计防火规范