FLARESIM软件在火炬设计中的应用_潘博

2016年8月29日06:59:16大V快跑

关键词：FLARESIM软件热辐射捆绑火炬火炬高度

文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/cid-college/tutorial/flaresim/2773.html

在火炬排放系统的设计计算中，火炬高度的计算为重中之重。在火炬高度的确定中，热辐射为关键的决定因素之一。很长一段时间内，国内火炬行业基本采用 SH3009 中介绍的方法来确定火炬高度。随着石化装置的大型化，大型捆绑火炬，甚至开放式地面火炬应运而生。在对这些多辐射源的计算上，通过手工的叠加辐射热的计算方法已经不适用。因此，软件计算不仅大大节约了人力，还可以提供更为准确的结果，给予工程设计更多的帮助。本文借助国外先进的工程应用软件 FLARESIM，通过对一高架捆绑火炬的热辐射和烟气落地浓度计算，确定出火炬的最佳设计高度。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/cid-college/tutorial/flaresim/2773.html

1 火炬高度的确定

按照规范 SH3009-2013[1]的规定，火炬高度的确定应符合下列规定。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/cid-college/tutorial/flaresim/2773.html

a）按受热点的允许热辐射强度计算火炬高度。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/cid-college/tutorial/flaresim/2773.html

b）按 GB/T3840 对按允许热辐射强度计算出的火炬高度进行核算。如不符合要求，应增加火炬高度再进行核算，直到满足大气污染物的排放标准的要求为止。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/cid-college/tutorial/flaresim/2773.html

火炬设计的安全辐射热强度系指人体在至火炬一定水平半径距离之处，所接受到的辐射热强度不会产生危害，其水平半径距离称为安全距离。相关规范中对允许热辐射强度（不包括太阳热辐射强度）取值做了如下规定:文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/cid-college/tutorial/flaresim/2773.html

a）厂外居民区、公共福利设施、村庄等公众人员活动的区域，允许热辐射强度小于等于1.58 kW/m2。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/cid-college/tutorial/flaresim/2773.html

b）相邻同类企业及油库的人员密集区域、石油化工厂内的行政管理区域的允许热辐射强度应小于等于 2.33 kW/m2。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/cid-college/tutorial/flaresim/2773.html

c）相邻同类企业及油库的人员稀少区域、厂外树木等植被的允许热辐射强度应小于等于 3.0 kW/m2。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/cid-college/tutorial/flaresim/2773.html

d）石油化工厂内部的各生产装置的允许热辐射强度应小于等于 3.2 kW/m2。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/cid-college/tutorial/flaresim/2773.html

e）对于分别布置且不同时检修的火炬塔架顶部平台的允许热辐射强度应小于等于 4.7 kW/m2。 f）火炬设施的分液罐、水封罐、泵等布置区域允许热辐射强度应小于等于 9.0 kW/m2。

2 FLARESIM 软件的热辐射计算方法

FLARESIM软件为美国 Softbits 公司开发的一套软件，该软件主要应用于火炬系统的热辐射和扩散计算，在国内外火炬行业得到了广泛的认可。

软件提供的热辐射计算模型如下。

a）API 方法[3]。基于 API 521 标准，将燃烧火焰假设成火焰中心的一点进行计算。

b）集成点源方法。作为 API 方法的延伸，此计算方法将燃烧火焰分为一系列微小元素，将这些元素的热辐射进行叠加计算。

c）集成扩散。集成扩散方法将火焰本身假设为一不透明实体，仅从火焰表面释放出热辐射。

d）集成混合源。集成混合源方法是点源方法和扩散方法的融合。

e）Brzustowski 和 Sommer。此方法与 API 方法一样，将燃烧火焰假设成火焰中心的一点进行计算，但也可以指定多个火焰元素并指定火焰元素位置。

f）Chamberlain。模型将火焰形状定义为倒置平圆锥，从圆锥表面释放出热辐射。

3 工程应用实例

3.1 工程背景该项目为某化工火炬排放装置，分为高压和低

压 2 套火炬，筒体直径分别为 1 200 mm 和 800 mm。两套火炬系统采用共架形式捆绑在同一火炬塔架上，两套火炬筒体中心间距为 3.2 m。火炬气排放条件见表 1。

3.2 计算过程根据规范要求，地面上由于有人员操作，故要求地面上任一点的热辐射必须小于 1.58 kW/m2（不含太阳热辐射），火炬的设计需以此为依据。

以下采用 FLARESIM 软件（V3.0）对该捆绑火炬系统进行计算，确定其高度。

3.2.1 模型的建立

a）输入基础数据，分别建立两个火炬的排放量、温度和组分等等基础数据块。

b）建立地面上接收点 1 条件，指定火炬筒体坐标原点（0,0,0）计算出最大热辐射及此热辐射值所对应的坐标点。

c）建立地面上接收点 2 条件，将以上计算得出的最大热辐射点坐标输入，定义该点的最大热辐射值小于 1.58 kW/m2，重新计算得出新的火炬高度。

d）确定火炬高度后，校核其地面上污染物排放浓度是否符合相关规范[4]的要求，最终确定火炬的高度。

表 1 火炬排放条件

QQ截图20160828210506

在事故工况下，高压火炬和低压火炬同时排放，在两个火炬热辐射的叠加下，指定地面上任何一点的最大热辐射为 1.58 kW/m2。此条件下，计算出的火炬高度为160 m。

热辐射分布图如图 1、图 2 所示。

QQ截图20160828210521 QQ截图20160828210533 从图1可看出，地面上最大热辐射为1.58 kW/m2，并给出了其在地面上相应的位置。由于两个火炬的排放量不同，其火焰长度不一样，叠加后的热辐射等值线为不规则的圆形。火炬排放气为烃类气体，燃烧后污染物主要成分为二氧化碳和氮氧化物。在高度为 160 m 的情况下，在侧风的影响下，其排放的浓度如图 3 所示，可以看出其值接近零，远远低于规范 GB3840 中所要求的。因此，该火炬设计高度是合理的。