焦爐煤氣放散火炬裝置受熱點的熱輻射強度的討論

寧睿明 金鷗(中冶焦耐（大連）工程技術有限公司，遼寧 大連 116000)

焦爐煤氣放散火炬裝置受熱點的熱輻射強度的討論

寧睿明 金鷗(中冶焦耐（大連）工程技術有限公司，遼寧 大連 116000)

為防止因火炬輻射熱導致發生人身安全事故，需要根據火炬熱輻射情況，確定火炬裝置附近受熱點的熱輻射強度是否滿足安全要求。

受熱點；熱輻射強度

凈化后的焦爐煤氣放散火炬裝置設計，見附圖1火炬示意圖。首先由根據焦爐煤氣放散量Q kg/h，火炬附近的最大受熱點的高度hx(單位：米，以下同)和最大受熱點距離火炬筒中心線距離R，計算得到火炬高度hf，此火炬高度hf必須滿足最大受熱點處的熱輻射強度在安全范圍內。

附圖1火炬示意圖

火炬筒高度計算過程:

（1）公式中

A-火炬筒體出口截面積，m2

G-氣體的質量流量，kg/h

ρ-操作條件下氣體密度，kg/m3

Va-火炬出口氣體允許線速度，m/s

（2）公式中

A-火炬筒體出口截面積，m2

Df-火炬筒體出口直徑，m

（3）公式中

hf-火炬筒體高度，m

ε-熱輻射率，取0.2

Q-火焰放出的總熱量，kW.h

q-熱輻射強度，kW/m2

h-火焰高度，m

φ-有風時的火焰傾斜角

hx-受熱點高度，m

R-受熱點到火炬筒體中心線的水平距離，m

火炬附近的最大受熱點的高度hx和最大受熱點距離火炬筒中心線距離R，是關系到火炬高度hf的關鍵設計條件。

在火炬設計的過程中，必須確保提供準確的火炬設計條件。一旦的火炬設計條件確定，在開展火炬設計的過程中，就不應輕易改動，如果在工程設計收尾階段，火炬設計條件發生修改，會導致最大受熱點處的設備無法滿足熱輻射強度安全要求，造成原設計火炬不能使用，進而無法在計劃工期內設計制作出符合工程條件的火炬裝置，從而導致焦化廠生產的煤氣無法進行放散，影響整個焦化廠的正常投產運行。因此火炬設計的關鍵在于提供準確的火炬設計條件，特別是最大受熱點條件。

設計中經常遇到的另外一個問題是，在已知火炬放散量Q kg/h和火炬高度hf的條件下，根據受熱點條件，核算火炬裝置附近的受熱點熱輻射強度是否滿足安全要求。

熱輻射強度的要求，見《石油化工企業設計防火規范》（GB50160-2008）的條文說明中對條列4.1.9的說明，廠外居民區、公共福利設施、村莊等公眾人員活動的區域，火焰輻射熱強度應控制在不大于1.58kW/m2。設備能夠安全承受的熱輻射強度3.2kW/m2。

受熱點熱輻射強度的計算

（4）公式中

q-熱輻射強度，kW/m2

ε-熱輻射率，取0.2

Q-火焰放出的總熱量，kW.h

hf-火炬筒體高度，m

h-火焰高度，m

φ-有風時的火焰傾斜角

hx-受熱點高度，m

R-受熱點到火炬筒體中心線的水平距離，m

從公式（4）可以看出，當火炬條件：火焰放出的總熱量Q，火炬筒高度hf，火焰高度h，和受熱點條件：受熱點高度hx，受熱點到火炬筒體中心線的水平距離R，當這些條件已知時，就可以算得受熱點熱輻射強度q。

如果通過計算發現受熱點熱輻射強度超過安全要求時，可以通過降低受熱點的高度hx，或擴大受熱點到火炬筒體中心線的水平距離R，來降低受熱點的熱輻射強度。

值得注意的是，不能僅僅靠受熱點到火炬筒體中心線的水平距離R來判斷受熱點的熱輻射強度是否符合安全要求。

當高度hx=25m，受熱點到火炬筒體中心線的水平距離R= 33m的受熱點處的設備，能滿足熱輻射強度小于等于3.2kW/m2的安全要求。對于R大于33m的受熱設備來說是否就更加安全了呢？答案是不能確定。因為還需要通過受熱點高度hx，來計算是否安全。如果受熱設備高度低于25m，可以確保安全，如果高于25m，則需要通過計算輻射熱強度q，重新判斷是否安全。

當火炬的發熱量和高度確定后，火炬在安全輻射強度下的熱輻射影響范圍就確定了，它是一個空間幾何為球形的球體，考慮到最高風速對火炬火焰焰心的影響，在最高風速條件下，該球形投影到地面的范圍，就是火炬熱輻射強度可能不安全的最大范圍，在此范圍以外的設備，無論高度如何，都可視為該受熱點處的設備能夠滿足火炬熱輻射強度的安全要求。