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过程流体机械.PDF  电子书小商店10 火 炬 1 高架火炬的分类 高架火炬根据是否需要消烟，分为消烟火炬和不消烟火炬。 消烟火炬和不消烟火炬设备外观没有什么差别，燃烧时火焰略有差异。消烟火炬火苗长而发红，偶尔会带一点黑烟。不消烟火炬火苗短而发出谈谈的蓝色（天然气、焦炉煤气火炬例外），很多时候，甚至白天看不到火苗。 高架火炬根据火炬头气体出口流速，又可以分为音速火炬和一般火炬。 高架火炬根据其支撑方式，还可以分为塔架支撑火炬、拉索火炬、自支撑火炬。 高架火炬根据其是否可以拆卸，分为可拆卸火炬、不可拆卸火炬。 2 火炬装置的组成 通常，高架不可拆卸式火炬组成如下 （1） 火炬头；
（2） 分子封； （3） 火炬筒体； （4） 水封罐； （5） 分液罐； （6） 火炬塔架或拉索； （7） 自动点火系统。含现场控制柜、高压发生器、高空点火器、压力开关或流 量开关、火焰遥测器或热电偶； （8） 地面点火系统。含地面点火盘、常明灯； （9） 供电系统。其它：蒸汽或热水、燃料气、仪表空气、新鲜水、电（含UPS）由主装置提供；废水、冷凝液由主装置处理。如果回收火炬气，还需要增加气柜和压缩机。 长明灯头 3 火炬头的结构 火炬头的结构有很多种，常见的有： （1） 直筒式：用于易燃且不需要消烟的排放气。常见的是天然气火炬、焦炉煤气火炬。 （2） 倒锥形：用于热值较低且不需要消烟的排放气；常见的是以水煤桨为原料制甲醇、制合成氨的火炬。其排放气低发热值＜3998.4kJ/m3（955kcal/m3） 。 （3）带内部消烟蒸汽管和外部消烟蒸汽管的火炬，用于需要消烟的火炬。这种火炬头又有很多的不同结构；常见的是石油化工、炼油企业的火炬。
带内部消烟蒸汽管和外部消烟蒸汽管的火炬头
火炬头内部消烟蒸汽管和喷头1
火炬头内部消烟蒸汽管和喷头2
火炬头内部消烟蒸汽喷头特别写 （4） 带防风罩的倒锥形火炬头，用于热值较低且不需要消烟的排放气；常见的是钢厂火炬。 由于火炬头的制作，专业性较强，一般都是由专业制造厂完成。 3.1 火炬头的材料 对于低发热值火炬，火炬头从上向下1.5米的范围，必须使用耐温1200℃的耐热不锈钢，包括火炬头上部、聚火块、防风罩、常明灯、内传焰点火管、高空点火器、支架等。火炬头的下半部分使用一般不锈钢即可。 对于火炬气低发热值≥2000kcal/Nm3 的火炬头，从上向下5.0米的范围，建议使用耐温1200℃的不锈钢，包括聚火块、防风罩、常明灯、内传焰点火管、高空点火器、中心蒸汽管、外部蒸汽管、外部伴烧器。其它地方可以使用普通不锈钢。 3.2 耐热不锈钢参数 常用耐热钢牌号：0Cr25Ni20。标准：《承压设备用不锈钢钢板及钢带》 GB24511-2009。 ●国内牌号0Cr25Ni20。美国牌号310S，又称2520，用于耐高温炉管、火炬的制造。 ●化学成份：C :≤0.08，Si :≤1.500，Mn :≤2.00，P :≤0.035，S :≤0.030，Ni :≤19.00-22.00，Cr :≤24.00-26.00 ●力学性能：抗拉强度 σb(MPa)≥520，屈服强度σ0.2 (MPa)≥205，伸长率δ5 (％)≥40，断面收缩率ψ(％)≥50，硬度HB≤187HB。能耐1150℃高温。熔点在1398℃~1454℃ ●金相组织：组织特征为奥氏体型。 ●交货状态：一般以热处理状态交货，其热处理种类在合同中注明；未注明者，按不热处理状态交货。耐热不锈钢板的价格大约是普通不锈钢板价格的200%偏高一点。 3.3 超级奥氏体不锈钢904L(00Cr20Ni25Mo4.5Cu,UNS:N08904,EN:1.4539)是一种含碳量很低的高合金化的奥氏体不锈钢,在稀硫酸中有很好抗腐蚀性，专为腐蚀条件苛刻的环境而设计。具有较高的铬含量和足够的镍含量，铜的加入使它具有很强的抗酸能力，尤其对氯化物间隙腐蚀和应力腐蚀崩裂有高度抗性，不易出现蚀损斑和裂缝,抗点蚀能力略优与其他钢种,具有良好的可加工性和可焊性，高温使用温度在1300-1390度。 4 分子封 4.1 分子封的作用：在有火炬气排放时，利用另外一股气体的力量，阻止可燃气体和空气的混合气体返回到火炬系统的内部，以避免发生爆炸事故！ 4.2 分子封的结构：分子封的结构至少有三种。其中迷宫式分子封的结构如下（采用比空气轻的气体如氮气时用）：另外一种迷宫式分子封的结构，采用比空气重的气体如二氧化碳时用。还有曲折密封器、动态密封器（《石油化工设计手册第四卷》第641~668页是火炬篇）。 4.3 分子封的材料：分子封的材料一般是16MnR。连接法兰可以是20#钢。对于酸性气分子封，需要采用不锈钢材料。由于分子封的自重比较大，造价高，很多情况下，少量的腐蚀性气体绕过分子封，直接连接到火炬头的下部，效果也很好。 4.4 迷宫式分子封的常见问题 （1）结冰堵塞：在高寒地区，分子封如果没有保温、伴热措施，火炬气中的水分会凝结下来，从而结冰堵塞分子封。这个后果是非常严重的。 防止办法：随气温的变化分别采取保温措施或伴热保温措施即可。分子封做成斜底，最低处开一个DN100 的排污口，也是一个比较好的办法。 （2）钟罩脱落：事故的后果很严重。 防止办法：按规范设计、按设计制造，不要偷工减料即可。当然，分子封的材料也很重要。如果火炬气是有腐蚀性的气体，分子封就要用相应的不锈钢材料（例如：304、316L） 。有些火炬厂家非常聪明，在分子封钟罩的下面，焊了几个支座，在分子封的上部，焊了几块挡板，就是分子封出了问题，让钟罩也掉不下来、上不去，避免更大事故的发生。 （3）钟罩腐蚀：陕西渭河化肥厂进口火炬，多年后检修时发现钟罩腐蚀掉了。原因可能是新上的气化炉操作有问题，使排放气中含有空气，火炬经常发生爆鸣。爆鸣就是小爆炸，小爆炸导致分子封钟罩温度升高，和氧气发生腐蚀性反应。 防止办法：改进气化炉的操作，使排放气中不含或尽量少含空气。 （4）杂物堵塞：有些火炬头口径很大，内存耐火材料。时间长了，耐火材料脱落， 会堵塞分子封。火炬气中的灰尘、火炬气燃烧后产生的灰尘，也会堵塞分子封。 防止办法：分子封设一到二个检修手孔。堵塞严重，只有拆下检修。 5 火炬筒体 5.1 火炬筒体的作用：让火炬气通过，将火炬头、分子封的重量传递给立式水封罐或火炬筒体的基础。 5.2 火炬筒体的结构：火炬筒体就是一个钢制的直筒子。两端是法兰，通常下面是与立式水封罐相连，上面是与分子封相连。 5.3火炬筒体的材料：火炬筒体的材料要根据火炬气的性质决定。最常用的是碳钢。也有碳钢加厚、不锈钢的。对于醋酸火炬，还要使用优质不锈钢316L。 5.4 火炬筒体的问题：目前，火炬筒体问题比较少。发现有一个火炬筒体被撕裂。 问题分析： （1）氮气供应不够，使分子封失去了阻火、防爆的作用； （2）火炬筒体材料选用不对，腐蚀减薄，失去应有的强度； （3）火炬筒体设计壁厚不够。只要按规范设计，火炬筒体不应该发生问题。 6 水封罐 6.1 水封罐的种类：有立式、卧式水封罐两种。这两种水封罐作用一样，不存在那个更好的说法。只是每个业主的喜好不同而已。立式水封罐可能会节省一些管道材料、节约一些占地面积、节约一些 土建基础费用。 6.2水封罐的作用：不论立式、卧式水封罐的作用都是一样：防止火炬系统发生回火、爆炸事故。水封罐也有分液的作用。水封罐的计算方法与分液罐一样。 6.3 水封罐的液位如何控制 （1）补水：对于水源充足的地区，建议用长流水进行水封罐补水，每个水封罐补水流量 3.0m3/h。对于水源紧张的地区，建议用控制阀进行水封罐自动补水，控制阀的开关由自控液位计控制。高液位关闭进水自控阀门，低液位打开自控进水阀门。 注意：就地液位计与自控液位计要分开设置，如果合而为一，一旦损坏，将无法观察水封罐的液位。 （2）水封罐的保温伴热：高寒地区，水封罐需要保温伴热。关于伴热，直接将蒸汽通到水封罐内，做一圈底部开孔的环管。这样就不需要冷凝水管道、疏水器、阀门、管道等，也不需要冷凝水回收，很省事。 6.4 水封罐的材料：根据火炬气的性质决定。一般为碳钢。也有不锈钢的。 7 分液罐 7.1 分液罐的作用：应能分离出排放气体中直径300μm-600μm 的液滴。以防止下火雨。分液罐的作用就是要防止下火雨。但是，下火雨的现象还是经常发生，这是为什么？可能有以下几个原因： （1）设计时，分液罐的尺寸就选小了。 （2）低价中标。很多私企、民企，甚至一些国营企业，他们招标的原则就是：低价中标。有些火炬供货商为了拿到合同，有意将水封罐的尺寸算小。 （3）企业管理问题。有些企业管理混乱，操作人员素质低，将不该排到火炬的重组份排到了火炬。 （4）企业扩产。也有不少企业扩大生产能力后，火炬装置利旧。但是，却没有考虑到火炬装置的处理能力不够。 （5）排放量太大。随着装置能力的不断扩大，比如炼油厂，从几十万吨到几百万吨、从几百万吨到一千万吨、到一千多万吨；甲醇厂，从几万吨到 10万吨、20万吨、 30万吨、60 万吨、100 万吨，单套装置能力还在增加。火炬气的排放量巨大！分液罐 （包括水封罐）计算出来的尺寸大的自己都不敢相信！大的几乎无法制造！大的造价巨大！在这种情况下，只好人为的缩小分液罐的尺寸。平常也相安无事，遇到极端工况，可能就要下火雨。 （6）生产装置内部的改变。原来，煤制甲醇、煤制合成氨。一贯使用氨做制冷剂，那时，下火雨的可能性极小（虽然甲醇有排放的可能，实际操作几乎没有见到过。而且甲醇燃烧时耗氧量较小，不易下火雨）。近来，有些业主，将制冷剂改为丙烯。在内蒙、新疆这些高寒地区，丙烯就很容易下火雨。 7.2 分液罐的材料：根据火炬气的性质决定。一般为碳钢，也有不锈钢的。
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