-
火炬系统分液罐的工艺设计
牛晓旭
3
孙
伟
中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院
吉林
132002
摘要
火炬是用来处理石油化工装置中
无法收集和再加工的可燃或可燃有毒气体的特殊燃烧设施
,
是保证工厂安全生产
、
减少环境污染的重要措施
。
火炬系统分液罐的作用是去除火炬气中夹带的凝液和固
体
,
以减少火炬气总管中的凝液量
,
避免液滴夹带到火炬头
,
造成下火雨
。
本文介绍分液罐的工艺计算方
法
,
为设计提供参考
。
关键词
分液罐
夹带
排放量
1
概述
火炬气分液罐是火炬系统的重要组成部分
,
每根火炬排放总管都应设分液罐
,
以分离气体夹
带的液滴或可能发生的两相流中的液相
。
通常情
况下
,
在装置内设有分液罐以减少火炬气总管的
凝液量
。
当
火炬设置在距装置有一定的距离的地
点时
,
火炬气会在输送过程中产生凝液
,
因而在
火炬气进入火炬筒前也要设置分液罐
,
再次分离
凝液
,
以免液滴夹带到火炬头
,
造成火雨现象
。
图
1
卧式分液罐流程图
2
分液罐型式
2
1
1
卧式
卧式分液罐分为两种
:
①
气体从分液罐的一
端顶部进入而从另一端的顶部排
出
(
内
部
无
挡
板
)
,
称
为
单
流
式
;
②
气
体
在
水
平
轴
向
两
端
进
入
,
在中间有一个出口
,
或气体在中间进入
,
在
水平轴的两端排出
,
称为双流式
。
当分液罐直径
大于
3
1
6m
时
,
通常采用双流式
。
卧式分液罐流
程见图
1
。
2
1
2
立式
μ
m
液
滴
也
分
离
的液滴分离
下
来
,
最好
将
≥
150
下来
,
尽量减少液滴夹带
。
(
2
)
分液
罐
应
设
置
进
气
管
、出
气
管
、排
凝
液管
、
放水管
、
人孔以及梯子
、
平台等
,
分液罐
应设液位计
、
高液位报警
、
温度计和压力表
。
(
3
)
罐体设计压力不低于
0
1
35
M
Pa
(
G
)
。
(
4
)
设计完
善
的凝
液
回
收
输
送
措
施
,
可
采
用泵送或燃料气压送
。
采用泵送时
,
如果停电会
引起大量凝液聚积
,
则考虑一台凝液泵为电机驱
动
,
另
一
台
为
蒸
汽
透
平
驱
动
或
采
用
一
级
负
荷
供电
。
(
5
)
如果有可能出现两种液相且须分离时
,
立式分液罐的气体入口设在容器的中部的直
径方向
,
出口设在容器顶部的竖直方向
,
入口处
应加挡板使气体向下方流动
。
则要设分液包
。
(
6
)
如果排
放
温度
低
或
粘
稠
的
物
料
,
在
气
温低时易冻结
,
则须设加热设施
。
3
设计要求
(
1
)
分液罐的分离能力为至少将
≥
400
μ
m
3
牛晓旭
:
高级工程师
。
1991
年
毕业于北京化工学院化学工程专业
,
一直从事化工设计工作
。联系电话
:
(
0432
)
63917015
。
2010
,
20
(
3
)
牛晓旭等
火炬系统分液罐的工艺设计
29
4
工艺计算
分液罐应满足分离出气体中夹带的液滴
。
当
进出管口的距离按式
(
2
)
计算
:
L
1
=
K
1
D
1
(
2
)
式中
,
L
1
为进出管口的距离
,
m
。
火炬
气的体积流量按式
(
3
)
计算
:
V
=
液滴在分液罐中停留的时间大于或等于液体粒子
下落所需的时间
,
并且流体流速低至允许液滴下
落时
,
液体粒子便分离出来
。
设计分液罐时
,
应采用试差计算
。
考虑液体
沉降高度及分离罐贮存液体的影响
。
确定了火炬系统的最大排放量之后
,
可根据
此最大排放量
,
按有关公式来计算需要的分液罐
尺寸
。
分液
罐的尺寸是以排放物流中最大排液量
计算
,
液体在罐中的停留时间为
10
～
30m in,
一
般取
20m
in
。
分液罐直径是其长度的
1 /3
～
1 /2
,
并为火炬直径的
3
～
4
1
5
倍
。在选择分液罐形式
和尺寸时
,
还应考虑经济性
,
当需要贮存液体量
大
,
并且气体流量大时
,
选用卧式分液罐通常更
为经济
。
4
1
1
卧式分液罐
4
g
d
1
(
ρ
1
-
ρ
2
)
ρ
3
2
C
3
(
3
)
式中
,
V
为火炬气的体积流量
,
Nm
/
h,
单流式
分液罐取全部排放量
,
双流式分液罐取全部排放
量的一半
;
g
为重力加速度
,
取
9
1
81m /
s
; d
1
为
2
液滴直
径
,
m;
C
为
液
滴
在
气
体
中
的
阻
力
系
数
,
2
由图
3
查
得
,
其中
C
(
R
e
)
由式
(
4
)
计算
;
ρ
1
为液滴的
密
度
, kg
/m
3
;
ρ
2
为
气
体
的
密
度
,
kg
/
3
m
,
按式
(
5
)
计算
。
7
d
3
2
)
1
1
307
×
10
ρ
ρ
ρ
1
2
(
1
-
2
μ
C
(
R
e
)
2
=
(
4
)
-
3
式中
,
μ
为气体动力黏度
,
ρ
2
=
1000
M P
R
T
×
10
Pa
·
s
。
(
5
)
卧式分液罐的结构简图见图
2
。
式中
,
R
为气体常数
;
M
为气体相对分子量
。
液滴
在
气
体
中
的
阻
力
系
数
计
算
列
线
图
见
图
3
。
图
2
卧式分液罐结构简图
4
1
1
1
1
工艺要求
图
3
液滴在气体中的阻力系数计算列线图
μ
m
的
(
1
)
能
分
离
气
体
中
直
径
300
～
600
液滴
。
(
2
)
存液量为分液罐容积的
30
%
。
4
1
1
1
2
计算
4
1
1
1
3
分液包的结构尺寸
当分液罐直径大于或等于
1
1
5m
时
,
分液包
直径不宜大于分液罐直径的
1
/3;
当分液罐直径
小于
1
1
5m
时
,
分液包直径不宜大于分液罐的半
径
,
但不得
小
于
300mm;
分液
包
高
度
不
宜
小
于
(
1
)
分液罐的直径按式
(
1
)
计算
:
D
1
=
1
1
11
×
10
-
2
KQ T
K
V
1
p
400mm
,
并应满足仪表安装要求
。
4
1
2
立式分液罐
式中
,
D
1
为卧式分液罐直径
,
m; K
为卧式分离
罐型式系数
。
单流式分液罐
,
取
K = 1;
双流式
分液罐
,
取
K =
0
1
5;
Q
为折算为标态下的气体
体积流量
,
m
/
h;
T
为操作条件下的气体温度
,
3
立式分液罐的结构简图见图
4
。
4
1
2
1
1
工艺要求
μ
m
的
(
1
)
能
分
离
气
体
中
直
径
为
300
～
600
液滴
。
(
2
)
气体线速度取液滴沉降速度的
80
%
。
K; K
1
为系数
,
取
2
1
5
～
3;
P
为操作条件下的气
体压力
, kPa;
V
为液滴沉降速度
,
m /
s
。