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新建高架火炬热辐射对区域内设施的影响分析

文档作者：白洋文档来源：江苏中圣高科技产业有限公司		更新日期： 2026年08月30日	点击数：
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上一篇：乙酸生产技术研究进展及市场分析

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235
　综述
前言
石油化工厂通常配套设置火炬系统，用于处理工艺
装置正常运行或事故状态时排放的可燃性气体，这类气
体被称为火炬气。火炬按类型可分为高架火炬和地面火
炬。近年来，随着企业环保意识日益提升，国家大力推
动节能减排工作的进行，针对高架火炬，广东、南京等
地已率先明文规定正常生产条件下排放的火炬气应尽可
能回收利用，意味着高架火炬将向仅处理事故状态时排
放的火炬气的趋势发展。由于事故状态时排放的火炬气
流量大且通常以烃类气体为主，此类气体燃烧时释放大
量辐射热，因此火炬高度除受可燃、有毒有害气体落地
浓度限制，满足相应的环保要求外，还应满足允许热辐
射强度要求，其目的是保护热辐射区域范围内人员及设
备等主要设施的安全，这是火炬设计的重要原则之一。
因此，石油化工厂新建火炬时必然要评估火炬热辐射对
区域内人员及设施的影响。
一、高架火炬允许热辐射强度
针对高架火炬的设计，国内外相关标准中均有明确
的允许热辐射强度要求。《石油化工可燃性气体排放系
统设计规范》（SH3009）作为行业内火炬设计的最常
用规范，其明确了高架火炬允许热辐射强度要求：按最
大排放负荷计算确认火炬设施安全区域时，允许热辐射
强度不考虑太阳热辐射强度；厂外居民区、公共福利设
施、村庄等公众人员活动的区域，允许热辐射强度应小
于等于1.58kW/m2，石油化工厂内部的各生产装置的允许
热辐射强度应小于3.2kW/m2；火炬检修时其塔架顶部平
台的允许热辐射强度不应大于4.73kW/m2以及火炬设施的
分液罐、水封罐、泵等布置区域允许热辐射强度应小于
或等于9.00kW/m2，当该区域的热辐射强度大于6.3kW/m2
时，应有操作或检修人员安全躲避场所等要求。设计火
炬高度时，应分别计算上述允许热辐射强度值，最终确
认的火炬高度应同时满足上述限定值。
《石油化工企业设计防火标准》（GB50160）明确
要求高架火炬的防火间距应根据人或设备允许的辐射热
强度计算确定。
其限制要求为：当装置正常生产引起的火炬排放
时，工厂界区内一类重要设施，生产区和辅助生产设施
区的最大允许热辐射强度均为1.58kW/m2；工厂界区外居
民区、公共福利设施、村庄，工厂、公路、铁路等其他
区域的最大允许热辐射强度均为1.58kW/m2；人员稀少的
区域（荒野、农田等）的最大允许热辐射强度为3.20kW/
m2；当装置非正常生产引起的火炬排放时，如突然区
域或全厂停电、停水、仪表风故障、局部火灾等情况
下，工厂界区内一类重要设施的最大允许热辐射强度为
3.20kW/m2；生产区、公用和辅助生产设施区的最大允许
热辐射强度为4.73kW/m2；工厂界区外居民区、公共福利
设施、村庄的最大允许热辐射强度为1.58kW/m2，工厂、
公路、铁路等其他区域的最大允许热辐射强度为3.20kW/
m2；人员稀少的区域（荒野、农田等）的最大允许热辐
射强度为4.73kW/m2。另外，GB50160对可能携带可燃液
体的高架火炬还有火雨半径的要求，同时要求高架火炬
的辐射热不应影响相邻火炬的检修和运行。
可以看出，除工厂界区外的居民区，公共福利设
施、村庄外，其余设施和区域在装置非正常生产引起的
火炬排放时的最大允许热辐射强度值均大于装置正常生
产引起的火炬排放时的该值。虽然装置非正常生产引起
的火炬气排放量大，但其发生的概率低且排放时间短，
因此这种工况下最大允许热辐射强度较宽泛。
《Pressure-relieving and Depressuring Systems》
（API521）中关于高架火炬允许热辐射强度的要求主要
是针对操作人员，具体为：热辐射强度1.58kW/m2的区域
为操作人员穿适当衣服可长期停留的地点；热辐射强度
4.73kW/m2的区域为无热辐射防护设施情况下，操作人
员穿适当衣服可持续停留2～3min的地点，热辐射强度
6.31kW/m2的区域为无热辐射防护设施情况下，操作人员
穿适当衣服最多停留30s的地点。
新建高架火炬热辐射对区域内设施的影响分析
白　洋　　江苏中圣高科技产业有限公司
【摘　要】以实际工程项目为背景，借助Flaresim软件分析新建高架火炬热辐射对厂内已有设施的影响并提出相应防
护措施。
【关键词】高架火炬；热辐射；分析；防护措施
【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.04.079
236
　综述
二、案例分析
某案例新建火炬总高60m，针对三种排放工况，分
别分析高架火炬热辐射对区域内操作人员及设备等设施
的影响。
工况一：
根据上游装置设计条件，确认工况Ⅰ为判定新建火
炬高度合理性及火炬安全区域的设计工况。按照设计条
件要求，当发生此工况时，考察点为距离新建火炬中心
98m处的道路，该点的热辐射值应小于0.79kW/m2。由于
厂内已有一座120m高火炬，根据全厂工艺装置配置情况
可知，此工况下不考虑原有火炬同时排放，由于是事故
排放，发生此工况时，亦不考虑太阳热辐射。
表1　工况Ⅰ排放数据
工况一排放气
质量流量
kg/h
流量
Nm3/h
温度ºC
分子量
kg/kmol
低热值kJ/
kg
1 排放气1 79289 23681 143.7 75 22748
2 排放气2 15 12 25 28 0
3 排放气3 1168 983.95 13 26.59 13269
4 排放气50 40 25 28 0
1,3叠加
平均值138.49 73.07 22610
合计80457 24664.9
由于此案例用户限定了火炬高度为60m，因此固定
火炬高度60m不变，借助Flaresim软件计算工况一条件
下热辐射的影响，输入排放气参数、环境参数，考虑
风速，考虑大气湿度，计算可得考察点的热辐射值为
0.6267kW/m2，小于0.79kW/m2，满足上游工艺要求。由
此判定火炬高度设定60m合理，此工况下地立面热辐射
强度圈图如下图1：
图1　工况一情况下热辐射立面圈图
工况二：
确认新建火炬高度为60m情况下，按照设计条件要
求，当发生工况Ⅱ时，考察点为距离原有120m高火炬中
心北向70m，东向120m处的已有设备区域，模拟计算热
辐射强度，考察该工况下对该区域设备的影响。工况Ⅱ
排放数据见下表，此工况需叠加考虑新建火炬和已有火
炬共计4股排放气同时排放，并需考虑1.16kW/m2太阳热
辐射。
表2-工况Ⅱ排放数据
工况二排放气
质量流量
kg/h
流量
Nm3/h
温度ºC
分子量
kg/kmol
低热值
kJ/kg
1 排放气1 11035 9959 31 24.82 15000
2 排放气2 3220 2289.8 41 31.5 10764
1,2平均32.87 26.07 14043
1,2合计14255 12248.8
3 排放气3 24313 22854 25 23.83 1933
4
排放气4
（原有火炬）
1315627 564560 52.2 52.2 53000
固定新建火炬高度60m，借助Flaresim软件计算工况
二条件下热辐射的影响，建立有120m火炬模型、输入排
放气参数、环境参数，考虑风速，考虑大气湿度及太阳
热辐射，计算可得考察点的热辐射值为6.624kW/m2。此
工况下立面热辐射强度圈图如下图2：
图2　工况二情况下热辐射立面圈图
工况三：
确认新建火炬高度为60m情况下，按照设计条件要
求，当发生工况三时，考察点仍为距离原有120m高火炬
中心北向70m，东向120m处的已有设备区域，模拟计算
热辐射强度，考察该工况下对该区域设备的影响。工况
Ⅲ排放数据见下表，此工况需叠加考虑新建火炬30%排
放气及已有火炬的100%排放气，并需考虑1.16kW/m2太
阳热辐射。
表3　工况三排放数据
工况三排放气
质量流量
kg/h
流量
Nm3/h
温度ºC
分子量
kg/kmol
低热值
kJ/kg
1 排放气1 79289 23681 143.7 75 22748
2 排放气2 1168 983.95 13 26.59 13269
合计80457 24664.9 138.49 73.07 22610
30%(1+2) 24137 7399.5 138.49 73.07 22610
3
排放气3
（原有火
炬）
1315627 564560 52.2 52.2 53000
固定新建火炬高度60m，借助Flaresim软件计算工况
237
　综述
三条件下热辐射的影响，建立已有120m火炬模型、输入
排放气参数、环境参数，考虑风速，考虑大气湿度及太
阳热辐射，计算可得考察点的热辐射值为6.714kW/m2。
此工况下立面热辐射强度圈图如下图3：
图3　工况Ⅲ情况下热辐射立面圈图
根据以上分析结果可以看出，当火炬发生工况一排
放时，考察点道路处热辐射值小于1.58kW/m2，对操作人
员及设备均为影响，无需采取额外的防护措施。而当火
炬发生工况二和工况三排放时，考察点设备区域处热辐
射值均大于6.31kW/m2，按规范要求，各生产装置的允许
热辐射强度应小于3.2kW/m2，热辐射强度6.31kW/m2的区
域无热辐射防护设施的情况下，操作人员穿适当衣服最
多可停留30s，因此该区域设备及操作人员均需要采取防
护措施。
三、热辐射防护措施
1.对操作人员的防护措施：
由于所在区域的热辐射值大于6.31kW/m2，一旦发生
该排放工况，所在区域操作人员最多有30S逃离时间，因
此需要预先在操作人员逃离路线上设置避难所，如果现
场距离控制室或操作间较远，则应设置多处避难所。当
火炬发生排放时，调度立刻通知现场操作人员第一时间
撤离至最近避难所，操作人员按预先演习的路线逃离现
场。避难所宜选用钢板制作，带顶棚及三面围挡型式。
2.对设备的防护措施：
虽然设备能够安全承受比操作人员更高的热辐射强
度。但规范中不建议将设备布置在大于3.2kW/m2的区域
内，对于不得不布置在3.2kW/m2辐射圈内的工艺设备应
采取防护措施。该区域内的小型设备符合工艺要求的前
提下可改为埋地布置；地上布置的小型设备应加设顶
棚；对于不便加设顶棚的大型设备可涂刷专用的热辐射
反射漆。另外，考虑到3.2kW/m2辐射圈内可能出现操作
人员，因此需要在操作人员可能出现的如设备平台，直
爬梯等位置，应在背离火炬一侧设置热辐射防护板，设
备直爬梯的护笼应改为实心钢板材质。对于有条件的新
建项目，建议总图在设计阶段时优先考虑将设备布置在
3.2kW/m2辐射圈外。
3.对其余设施的防护措施
塔架顶部电气、仪表等接线箱应尽可能以塔架平台
作遮蔽，布置在其下方。塔架顶部所有电缆应穿管敷
设，不能穿管敷设的部分应选用耐高温型。由于高架火
炬的航空障碍灯通常位于塔架外围且位置较高，直接暴
露在火炬最强辐射区内，因此，高架火炬航空障碍灯顶
部应设置热辐射防护罩并尽可能采用可拆卸式航空障碍
灯，便于检修。高架火炬塔架顶层平台、栏杆及扶手等
除镀锌处理外，仍建议涂刷耐高温漆。也有国外项目将
塔架顶部平台、栏杆及扶手设计成不锈钢材质，目的均
是提高其耐热辐射能力，进而延长使用寿命。塔架顶部
如设置了用于拆卸火炬头或长明灯的吊装设施，应尽可
能选用可伸缩型吊柱，检修结束后，应将这些吊装设施
置于塔架顶层平台之下，防止火炬正常操作时热辐射对
吊装设施的“烘烤”。塔架底部如有拆卸火炬用的卷扬
系统，则应在卷扬系统顶部设置钢制的热辐射防护顶
棚。卷扬系统涉及的电缆应选用耐高温材质，采用普通
电缆应埋地或穿管布置。
4.火炬之间相互影响及防护措施
本案例涉及的工厂内有两座火炬，还应评估其中一
座火炬正常运行，另一座火炬检修时，不同排放工况下
火炬热辐射对检修火炬本身及位于检修火炬各部位的检
修人员的影响。建议对热辐射值超过4.73kW/m2的检修人
员可能出现的区域就近设置避难所。因为，通常这一区域
位于检修火炬顶部火炬头附近，一旦另一座火炬大排放
时，检修人员无法第一时间撤离至地面。同时，建议在检
修火炬逃离通道面对运行火炬一侧的楼梯侧边设置热辐射
防护板，以确保检修人员更加安全地逃离到地面。
四、结束语
本文以实际工程案例为基础，应用软件模拟计算并
分析了不同排放工况下高架火炬热辐射强度对区域内设
施的影响，并提出了有效的热辐射防护设施，可作为同
行业设计人员参考使用。
参考文献：
[1]石油化工可燃性气体排放系统设计规范：SH3009-
2013[S].
[ 2 ] 石油化工企业设计防火标准（ 2 0 1 8 年版） ：
GB50160-2008[S].
[3]Pressure-relieving and Depressuring Systems：API
STAND 521-2014[S].

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