混合高压和低压流或富而贫的气体成分会迫使设计妥协，从而导致火炬尖端过大、燃烧不稳定和公用事业成本增加。在某些情况下，权衡会导致排放未燃烧的气体、意外冒烟甚至可见的火焰，这些问题会危及合规性和人员安全。

本文探讨了 Flare 设计的基本原理、接头整合的风险，以及总拥有成本 （TCO） 分析如何指导更明智的 Flare 系统决策。

火炬 设计基础

火炬必须坚固、可靠，并且能够处理废气特性的各种变化。驱动火炬设计的三个核心要求：

  1. 水力能力
    • 火炬必须有足够的容量来释放工厂流量，而不会给上游设备带来过压。
    • 如果低压和高压源共用一个集管，则最大背压应由额定值最低的源设置，这可能会迫使设计尺寸过大。
  2. 稳定燃烧
    • 废气必须在其整个工作范围内燃烧。
    • 贫气体 （<~800 Btu/scf） 需要更大的出口区域或富集以保持在可燃性范围内。
    • 富气体受益于更高的速度，但可能需要辅助介质（空气、蒸汽或燃料气体）才能保持无烟。
  3. 监管合规
    • 标准（如 40 CFR 63.670 和 60.18）规定了火炬出口速度、NHVcz（燃烧区净热值）、可见火焰、冒烟、噪音和辐射的限制。
    • 不合规可能导致罚款、排放违规、社区投诉或安全风险。

当不同源组合在一起时，火炬尺寸必须适应最低压力和最稀薄的气流。这通常会导致喇叭口尖端过大、富集要求更高，并增加辅助介质的使用。

组合不同来源的风险

作效率

    低下
  • 超大的火炬尖端需要更多的辅助介质，更容易发生内部燃烧，从而缩短设备寿命。
  • 调节不良会导致公用事业浪费，因为在低扩口率下无法有效地缩小辅助介质流量。
  • 较大的扩口尖端需要更坚固的结构来承受静载荷和风。

过渡危险

在分阶段的地面火炬中，燃 除事件之间的过渡尤其成问题 ：

  • 后贫富事件：如果集管包含浓气并且开始贫气泄压，稀薄燃烧器首先接收浓气，导致长时间的火焰和烟雾，直到贫气到达。
  • Rich-after-lean 事件：如果 Rich Gas 跟随贫气释放，则集管最初将 Poverty Gas 输送到富气燃烧器。贫气无法点燃，导致在成分稳定之前未点燃排气。
  • 同时泄压：低流速可能会导致长火焰和冒烟，而较高的流量可以通过高压喷嘴排出稀薄气体，直到有足够的富气混合物进行点燃。

这些情况存在环境不合规、可见排放和人员暴露 的风险，在地面通风发生的地面火炬中尤其危险。

总拥有成本：分离的经济性

虽然整合减少了前期管道，但 TCO 分析 可以显示 分离是有回报的：

高架火炬

  • 案例：分离的高架火炬系统完全消除了蒸汽辅助。
  • 天然气（先导/吹扫）：3.04 美元/百万英热单位。
  • 蒸汽：$9.39/1,000 磅
  • 绝缘蒸汽管道：$30/ft （4“），$60/ft （8”）。
  • 大口径集管管道：4 美元/磅。
  • 结果：初始资本支出较高，但持续的公用事业节省抵消了成本。在 ~5 年内收回投资。

多点地面耀斑 （MPGF）

  • 典型 MPGF 箱：$10–15MM。
  • 增加 24 英寸接头（3,000 英尺）：~500,000 美元（~总成本的 3.5-5%）。
  • 不会持续节省公用设施，但分离会阻止贫气富集至 800 Btu/scf，这可能会超过工厂燃气基础设施的容量。
  • 优点：作更安全，维护更简单，特别是对于容器排污或低压情况。

实用分组准则

约翰新科(John Zink) 建议应用以下 设计护栏：

  • 对具有相似加热值和压力的源进行分组。
  • 只有当稀流（加上富集）为最大浓流体积流量的 <15% 时，才能将浓流和稀流在低压喷嘴中合并。
  • Donotgroup 在 MPGF 中富有和精简。
  • 如果可以同时溢流，请不要将高压源和低压源分组。

快速参考清单

  • 来源的压力和 NHV 是否相似？
  • 组合是否需要超大吸头或更高的富集率？
  • 转换事件会导致通风或冒烟吗？
  • 工厂公用事业能否处理增加的蒸汽/浓缩需求？
  • 设计是否符合 40 CFR 63.670？

词汇

  • NHVcz（燃烧区净热值）：根据美国法规，稳定燃烧所需的最低热值。
  • 辅助介质：用于提高无烟燃烧能力的蒸汽、空气或燃料气体。
  • 内部燃烧：火焰稳定在火炬尖端内，导致寿命缩短和公用事业消耗增加。

结论

火炬标题合并可能会节省前期资金，但它通常会带来更大的长期风险和成本。过大的喷嘴、不稳定的燃烧和过渡危险会损害合规性和安全性，同时增加公用设施的消耗。

通过及早评估救援源并分离不同的水流，运营商可以：

  • 提高安全裕度。
  • 降低公用事业需求。
  • 简化维护。
  • 实现对环境法规的合规性。

在高架火炬系统中，分离 可以在 合理的 时间范围内收回 节省的公用事业费用 。对于 MPGF， 额外的 标头成本对于更安全、更可靠的系统来说是适度的溢价。

在 约翰新科(John Zink)，我们帮助客户设计平衡安全性、效率、合规性和总拥有成本的火炬系统。

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