火炬气排放管网的配管设计

2022-09-12

0 引言

火炬设施可处理装置正常生产情况下排出的易燃易爆气体、可处理装置试车、开车、停车时产出的易燃易爆气体、可作为紧急事故时的安全措施。可见火炬设施是保证石油化工厂、炼油厂各工艺装置安全生产的一项非常重要的措施、是炼油厂必要的安全保障。

火炬设施的设计由火炬气排放管网和火炬装置两部分组成。本文是笔者查阅大量资料并结合工程设计经历对火炬气排放管网的配管设计中一些要点做出综述。

1 火炬气排放管道设计基本原则

火炬气排放管道应架空敷设, 并宜设置管托或垫板, 管道公称直径等于或大于DN800时, 滑动管托或垫板应采取减小摩擦系数的措施。为防止管道有震动、跳动的可能, 应在支架适当的的位置设置径向限位措施 (挡铁等) 。

为了避免生产装置排出的火炬气把其冷凝液带入火炬气主干管, 减少接管处局部压力, 保证各种工况排放时管网的水力工况平衡, 各生产装置出口支管应由主管上方接入, 并与主管中心线成45℃角斜插入主干管, 此接管方法同时可降低高速气流进入主干管的冲击力。

火炬气管道直径一般较大, 在设计管道允许跨距时, 除对管道本身的强度、刚度进行计算外, 还应进行径向稳定的计算。

为保证工厂各种工况 (如个别装置开、停车或发生事故, 其他装置维持正常生产) 下的运行, 应在各装置排出火炬气的管官道上设置切断阀, 并在靠近装置一侧设盲板。火炬气管道弯头宜选用弯曲半径大的弯头, 建议在工程设计中取弯曲半径等于或大于管道直径的2-3倍, 以减少局部阻力损失。

2 火炬气排放管道坡度的设计

火炬气不同于一般的气体物料, 其主要成分是可燃、有毒的气体。管道内的积液直接影响管网的安全运行, 火炬气主干管应坡向火炬装置内的分液罐或水封罐, 且坡度不应小于2‰。如确实存在困难不可避免低点时, 可在主干管的适当位置设最低点, 最低点处应设置凝液收集和输送设施, 作为设计人员应注意火炬线全程不得设置低点排凝、高点放空。

3 火炬气排放管道热补偿措施的设计

正常情况下, 火炬气排放管道可认为是在常温常压下运行, 但由于其管径大、刚性大, 一旦发生位移, 对管架也将产生很大推力, 因此对火炬气排放管道进行应力分析, 设置合适的热补偿是十分必要的。火炬线的热补偿应利用管道自然补偿, 当自然补偿不能满足管线补偿要求是, 可通过计算选择合适的补偿器, 《石油化工可燃性气体排放系统设计规范》[2]建议采用π型补偿器而不能使用膨胀节, π型补偿器应水平安装, 其可保证整个系统的管道具有同等的强度。膨胀节会成为整个管道系统的薄弱点, 当管道中存在凝液时, 膨胀节极易损坏, 引起火炬气排放管道断裂导致其他严重事故。

在补偿器计算过程中应注意计算温度和计算压力的选取, 计算温度的选取:高温排放管道取各项排放条件中的最高排放温度、低温排放管道取各项排放条件中的最低排放温度、常温排放管道使用蒸汽吹扫是取120℃。计算压力的选取:理论上应取上述计算温度的运行工况下, 管道内可能达到的最高压力, 在工程设计中, 可近似取各种运行工况下管道内可能达到的最高压力。

4 火炬气排放管道吹扫系统的设计[1]

为了保证火炬气排放管网安全稳定的运行以及火炬气管道检修、维修的安全需要, 火炬线上应设置吹扫设施。吹扫介质一般选用氮气, 如全厂无氮气亦可选用蒸汽, 选用蒸汽作为吹扫介质时应注意:长时间的连续吹扫会导致管道内产生大量的凝液水, 可间断吹扫, 通过多次反复的通入蒸汽, 在避免形成大量凝液的同时达到吹扫目的。

火炬气排放管网在停止运行准备检修前, 为保证安全, 应用吹扫气体将火炬气吹扫至火炬燃尽, 直至符合检修、动火要求时, 才能停止吹扫, 进行检修。在管网检修和施工完毕后, 投入运行前, 应用吹扫气体排空管网中的空气。

5 火炬气排放管道低点排液的收集和输送设计

火炬气排放管道应坡向火炬装置, 整个火炬气排放管网内可能产生的凝液全部自流到火炬区分液罐或水封罐, 原则上管网上不再设置凝液收集和输送设施。在工程设计中, 因实际条件的限制, 在管网中存在低点时, 则必须在管网的低点设置凝液收集和输送设施, 以避免可能产生的凝液在管网内最低点积液, 从而堵塞管道破坏火炬系统的安全排放, 厂区管道上的凝液收集和输送设施, 可以设置凝液泵自动启动和自动停止的控制系统, 以减少人力的投入。为保证凝液收集和输送设置的安全运行, 凝液收集罐应设置高液位报警, 报警信号传送到相应的控制室, 以防凝液泵出现故障。