地面火炬的安全防护距离摘要：根据近年来石化企业中出现的两种地面火炬，针对其特点分析有关影响因素，提出地面火炬的安全防护距离的审核原则。关键词：地面火炬；热辐射；安全防护距离l 引言近年来随着国外生产工艺的引进，石化企业的总体布置呈现大型化、集中化趋势，作为事故泄放系统必不可少的一部分，火炬系统也有了很大的变化，从原先只有高架火炬到地面、高架火炬共同发展。其中地面火炬由于占地少，维护方便，安全、环保性较好，在国外已得到广泛运用，但目前在国内使用较少，国家规范也没有明确规定，给消防设计和防火审核工作带来了困难。本文根据近年来石化企业中出现的两种地面火炬，针对其特点分析有关影响因素，提出地面火炬的安全防护距离的审核原则。2 地面火炬的特点和应用情况21 地面火炬类型和组成火炬系统作为在炼油或石油化工装置中安全、有效地排放释放出的气体或液体的设施，其能否正常运转对装置出现火灾或断电等紧急状况时防止装置由于中断而转为灾难至关重要。火炬按照不同的分类方式有不同的类型，按燃烧器是否远离地面可分为地面火炬和高架火炬，按火炬燃烧器的形式可分为单点燃烧火炬和多燃烧器火炬。地面火炬通常指封闭火炬但也包括地面多燃烧器火炬，主要是根据事故泄放的量来选择，前者主要用于泄放量较小的化工厂，后者主要用于泄放量大的乙烯和天然气项目。地面火炬组成部件除有一般火炬所有的燃烧器、引火器及其点燃器和火焰探测器、浮性或速度密封、气液分离罐、易燃易爆气体探测器、液封、管道、烟尘消除控制系统、辐射防护设备外，还有封闭体和燃气岐管。22 地面火炬特点(1)火炬向四周扩散的热辐射较小，封闭体外的热辐射值能低于 16kWm 2，可以减少防护区的面积。(2)检修方便，除封闭体较高外，其余的设施均在地面上。(3)最大限度地减少了对周围环境的空气污染、光污染和噪声污染，提高了火炬操作的安全性。(4)占地面积少，地面火炬由于燃烧发生在地面，不会发生火雨，主要依据辐射热计算确定防火间距。 23 国外地面火炬的情况基于地面火炬的这些特点，上世纪 70 年代初，国外就着手地面火炬的研究和开发，开发出多种地面火炬排放系统，主要分为大排量多级多燃烧器地面火炬和封闭式地面火炬。全世界十几个大型乙烯项目、一些大型的炼油生产和天然气开采项目都采用了多级多燃烧器地面火炬，如 1991 年投用的 Malaysia 的MTBE 装置火炬，排放量达到了 1066 吨时，位于委内瑞拉的火炬，最大排放量为 810 吨时(如图 1)。许多化工厂则采用了封闭式地面火炬，如在韩国某化工厂的火炬，其单筒地面火炬的最大排放量达到了100 吨时。24 国内地面火炬的情况国内也有一些企业采用了地面火炬，如深圳华安液化石油气有限公司罐区火炬由日本丸红成套引进，最大排放量为 6 吨时，潮州华丰气体工程公司 LPG 中转储运工程，上海石化低温丙烯罐采用中船重工711 所设计的火炬(见图 2)。在上海市化学工业区中，上海赛科石化 90 万吨年乙烯工程和高化公司在化工区 20 万吨苯酚丙酮项目则分别选用了上述两种地面火炬，见表 1： 3 地面火炬与装置之间的安全防护距离探讨地面火炬从技术上讲是先进的，已成为石油化工生产装置排放废气及紧急装置事故排放的一种有效手段，但如何合理地设置火炬同装置的安全防护距离是总图设计审核的焦点。31 国内外规范对火炬安全防护距离的规定对石化企业中的火炬，国家规范石油化工企业设计防火规范主要是在总平面布置的原则即第 3211 条进行了规定，而在第五章第六节中提出了高架火炬设置的一般规定，对地面火炬规范中并无规定。国外由于地面火炬应用较普遍，对火炬的有关规范如APl521泄压和减压系统导则，APl537(通用炼油及石油化工设施火炬细则和 BP-RP44-3处理系统设计指南等，都包括了地面火炬和高架火炬。在地面火炬处理系统中，以火焰的燃烧性质作为设计主要考虑的内容，API 标准中从火焰的性质、烟雾、辐射、噪声和污染等方面提出了设计总辐射量对可能暴露在辐射下或靠近界区装置和人的影响。表 2 为国外地面火炬热辐射的标准：按照 APl 附件 C 确定的火炬计算方法，包括火炬直径、长度、高度以及由风速引起火焰变形的计算，从火炬中心到水平分界线(即所考虑对象)的最小距离可按照以下公式计算。D-火焰中心点到目标物体的最小距离，单位(m)；-传送的热辐射因数；F-接受的热辐射因数；Q-热排放(低热值)(kW)；K-允许的辐射值(kWm 2)。对封闭火炬由于火炬头燃烧后热量经过火炬筒壁上升到火炬筒顶，温降较大，根据传热学中的斯蒂芬-玻尔兹曼定律，气体的辐射能力和气体绝对温度的四次方成正比， 其中 Tt 为放空气的理论燃烧温度，Tf 为烟气的实际温度。32 赛科 90 万吨乙烯装置和苯酚丙酮装置地面火炬的实例依据以上公式计算赛科 90 万吨乙烯装置和苯酚丙酮装置地面火炬的安全防护距离。赛科火炬：热辐射系数 F 为 0.3，在 值假定为 10，释放热 Q 为 6.3X105kW，火炬的最大允许辐射 K 为 6.3kWm 2，火炬中心到水平分界线(即所考虑对象)的最小距离约 48.9 m。高化公司火炬：热辐射系数 F 为 0.2，Tt为 1818K，Tf 为 973 K，0.082，释放热 Q 为 7.2X105kW，火炬的最大允许辐射 K 为 6.3kWm 2。火炬中心到水平分界线(即所考虑对象)的最小距离约 122 m。33 安全防护距离影响因素在设计合理的情况下，火炬能够充分燃烧泄放气体，封闭体能够完全屏蔽火焰，地面火炬与周围的最小的安全距离主要取决于辐射热。那是否基于辐射热计算的距离就能作为地面火炬和其他装置的间距?我们认为，基于辐射热计算的距离应作为地面火炬安全距离最主要的参考依据，但还必须考虑以下因素：331 燃烧火嘴的火焰高度和封闭体高度地面火炬的多个火炬头要保证火焰完全燃烧，火炬中部火焰的高度会比单个火炬的高度增加，而且火焰之间可能会互相粘连，会导致火焰偏高。对多级多燃烧器地面火炬来说，火焰太高将有超出封闭体的可能，基于热辐射的计算将会毫无意义。所以必须对火炬的燃烧火焰及围栏的高度进行认真的核算，不让火焰超过围栏。此外，围栏高度也影响了对外热辐射的大小，围栏越高，对外热辐射越小，安全距离越小。封闭式地面火炬由于排放量相对较小，火炬头较少，而且火炬筒较高，一般大于 25 m，即使有火焰粘连火焰不可能超出封闭体。同样，其安全距离也同火炬筒高度有关，火炬筒越高，筒口温度越低，安全距离越小。332 风向引起火焰的偏移火焰粘连加上风向引起火焰的偏移，会导致火焰偏高，多级多燃烧器地面火炬火焰将有超出封闭体的可能，所以在计算封闭体高度时必须考虑风向的影响。封闭式地面火炬的火炬筒较高，即使风向引起火焰的偏移也不会超过火炬筒，而且其外围的防风墙也能够有效减小风向引起火焰的偏移。333 火炬周边装置的类型在总泄放热量基本确定的情况下，还应保证火炬周边的装置不受到伤害。火炬本身既是火源也是油气源(火炬发生故障的同时有事故气体泄放)，首先考虑火炬(作为油气源)与周边火源的距离关系，爆炸危险区内不应有其他的火源；进而规定火炬(作为火源)与周边油气源的间距，火炬周围不应布置大量散发可燃气体的装置或储罐，使火炬明火与达到爆炸极限浓度的可燃气体相遇的几率降至最低。4 分析结论地面火炬周围一般都设置了可燃气体浓度报警，这样可以尽早发现装置或火炬的泄漏，同时宜设置水炮，一是保护周围装置和人员不受辐射热的影响，将火灾蔓延的几率降低，二是稀释火炬或装置泄放的可燃气体，防止其达到爆炸浓度范围。综合上述因素，我们认为地面火炬同周围设施的安全防护距离可分为两种情况：(1)下列场所，地面火炬同周围设施的安全防护距离应在辐射热计算的基础上加上 30的安全系数，对封闭式地面火炬还应同明火散发点相比较并取二者较大值。a可能有可燃气体散发的甲乙类装置、厂库房；b有人集中的场所如控制室、办公室等。(2)符合下列要求的场所，安全防护距离可以按照火炬辐射热的计算：a无可燃气体散发的丙类装置或者厂库房且火炬周围设置了水炮；b无人员集中而且耐火等级较高的丁戊类仓库或者装置。5 结束语以上针对地面火炬的特点，在安全防护距离方面作了一些初步的探讨，有些并不成熟，有待进一步的验证，希望有关专家学者批评指正。地面火炬已在国内得到了一定的应用，而且随着国内企业安全、环保、节能要求的提高，地面火炬必将得到广泛的运用，建议将地面火炬的防火要求尽早纳入规范修订的内容，使得今后对地面火炬的设计与审核有据可依。