火炬装置水封罐设计和计算的探讨.docx

          火炬装置水封罐设计和计算的探讨                    摘要：随着我国大型化工企业的发展，火炬系统作为全厂安全的重要保障，其重要作用日益体现本文介绍了火炬系统中重要的设备之一水封罐的设计和计算要点，比较国内外不同规范对设计的要求，分析了水封罐不同种类的溢流口在工程中的应用情况，最后总结了全文火炬系统是石油炼化、化工装置中安全、有效地处理排放可燃有毒气体的重要设施之一，是全厂安全生产的最后一道屏障，火炬系统按照燃烧形式及控制方式的不同可分为地面火炬和高架火炬其中分液罐、水封罐及燃烧器等是火炬装置的重要组成部分本文主要讨论水封罐在设计过程中需注意的一些问题1 概述水封罐是火炬装置中重要的设备之一，除非一些特殊情况如酸性放空气，低温放空气等可采用阻火器加吃扫气体的方法外，大部分的工程中还是将水封罐作为火炬系统中最可靠的防回火装置[1]水封罐的作用主要如下：1. 防止火炬发生回火，保护上游管网和装置安全，因此水封罐一般靠近火炬筒体根部布置2. 可以在火炬气装置设置有气柜等回收设施时，建立系统背压，通过调节水封高度，控制火炬排放系统的背压3. 维持火炬排放管网压力，火炬管网出现负压时，不会使空气通过火炬头进入系统中。

4. 通过调节相应的溢流阀门，维持水位在需求的高度，形成不同高度的水封，从而实现对火炬排放系统压力的分层控制在小流量放空时，可以减少火炬头的闷烧现象2 水封罐的设计计算水封罐的种类包括立式和卧式两种，大型火炬装置中普遍采用卧式水封罐，立式水封罐在放空气量大时，页面的稳定性远不如卧式罐，容易在放空时造成溢流水量过大的问题卧式罐对大气量放空气分离效果好，还可以有效降低大直径放空气管道高度，节省投资，根据装置情况，应选择合适的水封罐形式[2]目前国内主要的设计标准SH3009-2013《石油化工可燃性气体那个系统设计规范》中涉及到计算的主要要求有：1. 水封罐应具备撇除水面上凝液的功能，并能够分离直径600μm的液体；2. 水封罐应设置U型溢流管（不得设切断阀门），水封高度大于等于1.75倍水封罐内气象空间的最大操作压力（表压），溢流管直径最小DN503. 水封罐设计压力不低于0.7Mpa，不考虑负压工况4. 水封罐的设计压力不应小于0.7Mpa，不考虑负压工况 D fa按SH3009-2013标准中公式计算：公式1式中：Dsw—试算的水封直径，m；aw—水封罐内页面高度与罐直径比值；qv—入口气体流量Nm3/hbw—水封罐内液体截面积与罐总截面积比值—系数，取2.0-3.0Uc—液体沉降速度，m/s按上式，先假定水封罐直径Dw后，将各数值带入公式，求得合适的Dw,,将Dw替换成Dk代入下式核算直径≥ 公式2 式中： —分液罐内储存的的凝结液量m3—操作状态下入口气体体积流量m3/s—卧式分液罐内气体水平流动的临界流速m/s，按下表查取；经过上述计算，可确定水封罐直径。

然后计算水封罐气体进出口之间的距离Lw：Lw= Dw 公式3某化工企业，放空温度40℃，流量230900Nm3/h，水封罐处最大允许背压40Kpa，气体分子量10.43.按上述公式计算：首先假定Dw,=3米，按公式1，系数取2.5,计算结果得Dsw=3.006米，按公式2进行验算，计算结果为2.968m，小于3米按公式3计算进出口之间的距离，计算结果为7.5米最终根据选取水封罐尺寸为DN3000×90003 和国外标准的对比SH3009-2013中对水封罐要求考虑分液功能，而API521-2007中仅要求根据水封量、气相的有效流通面积等进行计算，这就导致按照SH3009设计的水封罐尺寸均比API521的要大一些，考虑我国国内大型煤化工，石油化工企业一般规模较大，大量的放空气在经过水封后会携带部分水滴，这就要求我们考虑这种放空气带液工况，因此水封罐也应具有分离大直径液滴的功能，按照SH3009设计的水封罐这是比较符合我国工业现状的4 水封罐运行过程中的注意事项4.1水封高度的影响水封罐运行时需保持一定的水封高度，SH3009中对水封的要求如下：（1）放空气中含有大量氢气、乙炔、环氧乙烷等可燃性气体，水封高度应≥300mm；（2）对密度小于空气的可燃气体，水封高度应≥200mm；（3）对密度大于等于空气的可燃气体，水封高度应≥150mm。

4）水封罐内的有效水封水量应能在火气排放管网出现负压时，满足水封罐入口立管3米的充满水量除以上要求外，对于高架火炬系统，筒体越高，相应的水封高度也应提高，以确保火炬气有足够的压力克服筒体背压，顺利燃烧火炬装置放空气具有间断性的特点，及时调节水封罐水封液位可以保障生产的安全和稳定4.2 溢流口开孔位置的影响方式一 开孔设在底部 方式二 开孔设在侧面（设撇油槽） 方式三 开孔设在侧面（不设撇油槽）SH3009中不建议采用挡液板分割空间的方式，目前工程中多采用如上三种溢流管开孔方式，其中方式一和方式二，在筒体上开孔较少，施工方便，通过罐外U型溢流管上开关不同高度的阀门来控制水封高度但要注意，采用方式一底部开孔时，要设置撇油管，撇油管顶部至放空气进口底部管道之间的距离要满足水封高度要求，如不设此撇油管，当有放空气通过水封罐时，一旦压力过高，会不停的将水封罐内的水压出罐外，造成浪费方式三施工稍负责，需要在设备上开多个溢流口，单可不设撇油槽，分离的油滴可通过不同高度的溢流口流出,不会积聚在水层表面 5 结语综上，水封罐作为系统安全的重要保障设备，运行可靠与否关系到全厂的排放系统安全，这就要求我们严格按照规范，综合考虑现场各种工况，制定切实可行的设计和使用方案。

参考文献：[1] 郝治富，王庆庆，王盆菊.火炬系统中分液罐和水封罐设计研究[J].工程技术研究，2017，（02）：5-8[2] 中华人民共和国工业和信息化部 SH3009-2013 石油化工可燃性气体排放系统设计规范[S] 北京：中国石化出版社，2013  -全文完-。