混合高壓和低壓氣流或富含貧瘠的氣體成分會迫使設計妥協，從而導致火炬尖端過大、燃燒不穩定和公用事業成本增加。在某些情況下，權衡會導致排放未燃燒的氣體、意外吸煙甚至可見的火焰，這些問題會危及法規遵從性和人員安全。

本文探討了火炬設計的基礎知識、標頭合併的風險，以及總擁有成本 （TCO） 分析如何指導更明智的火炬系統決策。

火炬設計基礎

火炬必須堅固、可靠，並且能夠處理廢氣特性的各種變化。驅動火炬設計的三個核心要求：

  1. 水力容量
    • 火炬必須具有足夠的容量來緩解工廠流量，而不會對上游設備造成過壓。
    • 如果低壓源和高壓源共用一個集管，則最大背壓應由額定值最低的源設置，這可能會迫使設計尺寸過大。
  2. 穩定燃燒
    • 廢氣必須在整個工作範圍內燃燒。
    • 貧氣（<~800 Btu/scf）需要更大的出口區域或濃縮才能保持在可燃性範圍內。
    • 富氣受益於更高的速度，但可能需要輔助介質（空氣、蒸汽或燃氣）才能保持無煙。
    • 40 CFR 63.670 和 60.18 等法規遵從性標準對火炬出口速度、NHVcz（燃燒區凈熱值）、可見火焰、吸煙、噪音和輻射設定了限制。
    • 不合規可能導致罰款、排放違規、社區投訴或安全風險。

當不同的氣源組合在一起時，火炬尺寸必須適應最低壓力和最稀薄的氣流。這通常會導致耀斑尖端過大、富集要求更高以及輔助介質使用量增加。

組合不同來源的風險

操作效率

    低下
  • 超大耀斑尖端需要更多的輔助介質，並且更容易內部燃燒，從而縮短設備壽命。
  • 調節不良會導致公用事業浪費，因為輔助介質流無法在低火炬率下有效縮減。
  • 較大的火炬尖端需要更堅固的結構來承受靜載荷和風。

過渡危害

在分階段的地面火炬中，燃燒 事件之間的過渡尤其成問題 ：

  • 貧富后傾事件：如果集煙頭含有豐富的氣體並且開始貧瘠的起伏，則稀薄燃燒器首先接收豐富的氣體，導致長時間的火焰和煙霧，直到貧氣到達。
  • 貧后富氣事件：如果富氣緊隨貧氣緩解，則集管最初將貧氣輸送到富礦燃燒器。貧氣不能點燃，導致無照明的排氣，直到成分穩定。
  • 同時釋放：低流速可能會導致長時間的火焰和冒煙，而較高的流量可以通過高壓尖端排出貧氣，直到足夠的富氣混合物用於點火。

這些情況存在環境不合規、可見排放和人員暴露 的風險，在地面火炬中尤其危險，因為地面照明彈在地面上發生通風。

總擁有成本：分離的經濟性

雖然整合減少了前期管道，但 TCO 分析 可以顯示 分離是有回報的：

升高的火炬

  • 案例示例：分離的高架火炬系統完全消除了蒸汽輔助。
  • 天然氣（試點/清洗）：3.04美元/百萬英熱單位。
  • 蒸汽：9.39 美元/1,000 磅
  • 絕緣蒸汽管道：30 美元/英尺（4 英寸），60 美元/英尺（8 英寸）。
  • 大口徑集管管道：4美元/磅
  • 結果：較高的初始資本支出，但持續的公用事業節省抵消了成本。在~5年內收回投資。

多點地面耀斑（MPGF）

  • 典型的MPGF盒子：$10-15MM。
  • 增加了 24 英寸接頭（3,000 英尺）：~500,000 美元（~總成本的 3.5–5%）。
  • 沒有持續的公用事業節省，但分離阻止了貧氣濃縮到800 Btu / scf，這可能超過工廠燃氣基礎設施的容量。
  • 優點：操作更安全，維護更簡單，特別是對於容器排汙或低壓情況。

實用分組指南

John Zink 建議應用以下 設計護欄：

  • 對具有相似熱值和壓力的源進行分組。
  • 只有當貧水流（加富集）為最大富流體積流量的 <% 時，才能將低壓尖端中的富液和稀液結合起來。
  • 不要在MPGF中富有和精益。
  • 如果可以同時進行釋放，請不要對高壓和低壓源進行分組。

快速參考清單

  • 來源是否有類似的壓力和 NHV？
  • 組合是否需要超大吸頭或更高的濃縮率？
  • 過渡事件會導致發洩或吸煙嗎？
  • 工廠公用事業公司能否處理增加的蒸汽/濃縮需求？
  • 設計是否符合40 CFR 63.670？

術語表

  • NHVcz（燃燒區淨熱值）：根據美國法規穩定燃燒所需的最低熱值。
  • 輔助介質：用於提高無煙燃燒能力的蒸汽、空氣或燃氣。
  • Internal Burning：火焰穩定在火炬尖端內，導致壽命縮短和更高的效用消耗。

結論

Flare 標頭整合可能會節省前期資金，但通常會產生更大的長期風險和成本。過大的吸頭、不穩定的燃燒和過渡危險可能會損害合規性和安全性，同時增加公用事業消耗。

通過及早評估救濟源並分離不同的水流，運營商可以：

  • 提高安全裕度。
  • 降低公用事業需求。
  • 簡化維護。
  • 遵守環境法規。

在高架火炬系統中，分離 可以在  合理的 時間範圍內節省 公用設施。對於 MPGF， 額外的 標頭成本對於更安全、更可靠的系統來說是一個適度的溢價。

在 John Zink，我們幫助客戶設計平衡安全性、效率、合規性和總擁有成本的火炬系統。

準備好評估您的火炬接頭設計了嗎？聯繫 John Zink 安排系統風險和 TCO 評估。