石油化工火炬安全泄放的技術(shù)分析

石油化工火炬安全泄放的技術(shù)分析

近年來(lái)，國(guó)家非常重視環(huán)境保護(hù)，環(huán)境保護(hù)行業(yè)產(chǎn)生的噪音和輻射污染提出了嚴(yán)格的要求。由于高架火炬燃燒器安裝位置及運(yùn)行條件的特殊性,造成目前對(duì)于其運(yùn)行階段的可復(fù)現(xiàn)性、預(yù)測(cè)性的研究較難開(kāi)展,直接影響了火炬頭燃燒器穩(wěn)定可靠性。建立高架火炬燃燒的數(shù)值模型,可以對(duì)運(yùn)行狀態(tài)下火炬頭燃燒器工作狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算分析,滿足預(yù)防性、超前性調(diào)整、維護(hù)、管理和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的需要,能夠確保燃燒器的平穩(wěn)運(yùn)行1火炬頭根蒸汽—研究對(duì)象模型研究對(duì)象設(shè)定為某石化廠的高架火炬,其火炬頭燃燒器類型為內(nèi)置多根蒸汽—空氣噴管式,火炬頭口部高145m、內(nèi)徑1.3m,消煙蒸汽溫度235℃、壓力0.7MPa,大氣環(huán)境溫度20℃、相對(duì)濕度70%、平均風(fēng)速2m/s。主體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1,基本參數(shù)見(jiàn)表1。2模型的構(gòu)建2.1建模條件及網(wǎng)格劃分火炬頭架設(shè)在140m高的塔架上,內(nèi)徑1.3m,火炬氣在火炬頭口部與大氣接觸并燃燒形成火焰后隨環(huán)境氣流擴(kuò)散,建立包含該火炬頭燃燒器在內(nèi)的直徑80m高150m的模型空間,以滿足描述火炬燃燒器及火炬火焰的有限元計(jì)算包容范圍,通過(guò)CFD有限元分析方法建模研究整個(gè)火炬燃燒器運(yùn)行工況(溫度、壓力、密度)及火焰燃燒后在此空間內(nèi)的擴(kuò)散性質(zhì),計(jì)算方式采用穩(wěn)態(tài)、亞聲速流場(chǎng)、k-?湍流模型、部分預(yù)混燃燒模型建模步驟:(1)建立3D幾何模型;(2)劃分網(wǎng)格;(3)設(shè)置基本模型、能量方程、湍流模型;(4)定義組份,啟動(dòng)組份輸運(yùn)和燃燒模型;(5)設(shè)置邊界條件、算法,進(jìn)行計(jì)算;(6)后處理輸出計(jì)算結(jié)果2.2幾何建模和邊界配置采用CAD建模工具建立3D的模型計(jì)算范圍,并進(jìn)行邊界范圍設(shè)置,見(jiàn)圖2。2.3計(jì)算單元的生成在3D幾何建模的基礎(chǔ)上,進(jìn)行網(wǎng)格劃分,本模型計(jì)算范圍空間尺度較大,模型整體采用4邊形網(wǎng)格,生成計(jì)算單元數(shù)量1000萬(wàn)個(gè)。生成后的網(wǎng)格質(zhì)量、偏斜度等滿足計(jì)算劃分質(zhì)量要求。劃分好的火炬頭燃燒器和燃燒空間網(wǎng)格見(jiàn)圖3(a)、(b)、(c)、(d)、(e)。模型建立完畢后,進(jìn)行全面初始化,首次計(jì)算按照10000步迭代,后續(xù)各種方案調(diào)整計(jì)算2000步迭代即可滿足要求3模型數(shù)據(jù)分析3.14在場(chǎng)景條件下模擬結(jié)果工況1條件下模型計(jì)算的火焰燃燒溫度、燃燒器筒壁的高溫區(qū)見(jiàn)圖4;消煙蒸汽空氣混合噴嘴流速、煙氣相對(duì)密度見(jiàn)圖5。(2)模擬結(jié)果2工況2條件下模型計(jì)算的火焰高度、溫度和煙氣相對(duì)密度分布見(jiàn)圖6。(3)3個(gè)場(chǎng)景的模擬結(jié)果工況3條件下模型計(jì)算的火焰高度、溫度和煙氣相對(duì)密度分布見(jiàn)圖7。(4)模擬結(jié)果4工況4條件下模型計(jì)算的火焰高度、溫度和煙氣相對(duì)密度分布見(jiàn)圖8。3.2石化工業(yè)應(yīng)用情況也存在設(shè)備故障診斷問(wèn)題由模型模擬的結(jié)果可以看出,直接利用CFD方法整體構(gòu)建的模型,能直觀地將火炬燃燒器運(yùn)行過(guò)程中的不同工況進(jìn)行全方位的綜合計(jì)算。無(wú)論從空間大氣影響、燃燒狀態(tài)、設(shè)備結(jié)構(gòu)等各方面都可以直接描述,對(duì)于生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)整和控制環(huán)境污染都有重要的指導(dǎo)意義。對(duì)于火炬頭燃燒器在高溫、高空這種極特殊條件下工作,不具備隨時(shí)進(jìn)行檢修及故障診斷這一難題,數(shù)值模型更具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)可以直觀的發(fā)現(xiàn),在工況1這種較低的排放燃燒流速狀況下,該火炬燃燒器,存在很明顯的筒壁本體溫度局部超高的問(wèn)題。為了避免損壞設(shè)備,在運(yùn)行過(guò)程中必須要采取必要的蒸汽空氣補(bǔ)充降溫措施,不要因?yàn)榉贌艢饬髁康?火炬頭沒(méi)有明顯火焰煙羽,為了節(jié)約而停止蒸汽注入,這樣很容易造成設(shè)備因局部高溫而損壞。另外對(duì)于工況4這種大排放流速燃燒的狀況,由于消煙蒸汽最大流量的通入,造成蒸汽空氣噴射混合噴嘴處的流速極高,同時(shí)還形成擾流漩渦。尤其在主蒸汽接管正對(duì)處的噴嘴,因高速汽流的射流沖刷,磨損非常嚴(yán)重,在進(jìn)行設(shè)備定期檢修時(shí)應(yīng)特別注意。對(duì)于石化企業(yè)周邊的火炬燃燒排放產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題,在設(shè)計(jì)階段可以通過(guò)合理設(shè)置火炬頭燃燒器的安裝高度和設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)控制。在運(yùn)行生產(chǎn)階段,可以通過(guò)調(diào)整生產(chǎn)、計(jì)劃性提前告知等措施盡量消減。4火炬頭燃燒的設(shè)備通過(guò)該例的實(shí)踐,運(yùn)用建模技術(shù)對(duì)于石油化工高架火炬燃燒的工作狀況進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算分析,為今后進(jìn)行火炬頭燃燒的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)行、環(huán)?？刂萍霸O(shè)備維護(hù)保養(yǎng)和定期檢修提供了一定的參考。該方法對(duì)于運(yùn)行條件極其特殊的火炬設(shè)