火炬系统广泛应用于石油、天然气、化工、冶金、环保等行业。本文的火炬侧重于指炼化厂的火炬系统。对炼化厂来说，无论是正常生产或者意外事故时排放的气体大都是易燃易爆或者有毒有害的，这些气体若直接排入大气中与空气混合很容易发生火灾甚至爆炸，所以必须选择密闭排放，并将各个装置中的各个超压设备的安全阀排放气集中起来送入火炬系统烧掉。火炬是废气的最后一个处理点，是化工厂的最后一道安全屏障，其能否正常运转对装置出现火灾或断电、停水等紧急状况时是否会引发更大的灾难性事故至关重要。

本文从以下几个方面对火炬系统进行一些介绍，旨在加深对于火炬系统的认识。

一、火炬系统的构成

1）火炬总管用于收集各生产装置火炬气。根据火炬气的正常操作压力的差别，一般会设置不止一个火炬总管，根据背压的大小，可分为高压火炬总管、低压火炬总管、低低压火炬总管等，另根据部分火炬气的特殊性质也会设置专线。收集来的火炬气进入气液分离罐，进行气液分离，这一过程可将气体中直径300um-600um的液滴脱除，以防止火炬气燃烧时夹带液体会下火雨。气液分离罐出来的火炬气再进入水封罐。穿越水封后进入火炬筒。水封罐的作用是给火炬总管提供微正压，防止空气进入和可能出现的回火。包括靠近火炬头的分子封的作用也是类似，利用另外一股气体的力量，阻止废气和空气的混合气体返回火炬内部，以避免发生爆炸事故。

2）点火器和长明灯。火炬设施一般配两套独立的点火系统，确保火炬点火的高可靠性。一套是地面内传焰点火系统，另一套是高空电点火系统。

二、火炬的类型

常见的火炬类型主要有高架式火炬、全封闭式地面火炬和多点式地面火炬。

高架火炬：目前应用最多的一种火炬形式，因为它远离地面，所以在一定程度上减小了对地面周围的热辐射和噪音。其中根据支撑方式，高架火炬又可以分为三类：绷绳支撑、自支撑和塔架支撑。

绷绳支撑是所有高架火炬中最便宜的类型，但因为绷绳的半径约为烟囱高度的75%，所以占地面积较大。

自支撑火炬一般不用于高度较高的火炬。

塔架支撑是最普遍的一种高架火炬。利用塔架支撑时，可以将几个火炬筒合并到一个塔架上，以减少所需的总用地面积。塔架火炬又有固定式塔架和可拆卸式塔架。其中可拆卸式塔架火炬不需要大型起重机就可以将单个火炬筒升降到位。一般单一可拆卸式塔架上都会有多个火炬筒。它可以在维护人员不爬到塔架顶部的前提下，就将火炬筒降到地面，所以可以在其他火炬筒维持运行的状态下，对单个火炬筒进行升降和维护。

全封闭式地面火炬：有一个严密的防辐射墙，一般是圆柱形，燃烧室内衬耐火衬里。它可用于任何环境敏感区域，但它的缺点也很突出，其设计处理能力较小，在所有火炬系统中的每单位流量的成本最高，所以它一般会配合高架火炬一起使用。

多点式地面火炬：又称为开放式火炬，因为它如图可以看到，仅仅是用护栏将燃烧器与周围环境隔开。而围栏下面则是直接暴露于环境中。多点式地面火炬系统是当今所有可用的火炬系统中无烟容量最高的，大多数应用可以做到100%无烟。多点式地面火炬采用了分级系统，可以自动将废气流量与投入使用的燃烧器数量进行匹配。通过将废气流分割到数百个单独的高压燃烧器中，每个燃烧器内都有足够的空气进行燃烧，不会产生烟雾。并且因为废气流的分割，它的噪音设计也会比高架火炬要低很多。同时因为其靠近地面，安装和维修更方便。

三、火炬气燃烧对环境的影响

火炬的作用本身就是对废气进行燃烧，火炬燃烧排放的CO₂、NOx及未完全燃烧的VOC气体（即挥发性有机物）是火炬造成环境污染的重要原因。当人体长期暴露于VOC含量较高的空气中时，会对神经系统造成损害，并破坏造血功能。这也是区域光化学烟雾、酸雨和烟雾复合污染形成的重要原因之一，而燃烧排放的CO₂会助长温室效应。所以对于解决这一环境问题的关键在于减少火炬气的排放和对于不得已排放的火炬气要充分燃烧。目前主要是采用火炬气回收技术，回收部分火炬气作为燃料或原料，以减少部分火炬气的排放，同时也会增加经济效益。

当火炬气不能充分燃烧时，它的外在表现便是黑烟。虽然目前有很多措施比如增加氧气量、注入蒸汽、采用高压火炬头等可以帮助消除黑烟，但因为火炬的操作调节比极大，且难以掌握实时的物料组成，所以完全消除黑烟的难度较大。

同时火炬燃烧过程中有噪声不可避免，为了使火炬气充分燃烧喷射蒸汽时，也会增加噪声。API标准中规定：火炬头在正常操作条件下不高于90dB，全厂紧急事故最大排放情况下不高于115dB。为保证火炬噪声达到该要求，需要采取一定措施来降低噪声。如在对降噪要求较高的环境可采用地面封闭式火炬、火炬内壁使用一些降噪的材料，并将火炬内部光滑的曲面改为凹凸不平的曲面，以此来降低声音的漫反射。采用比较先进的辅助蒸汽设备，对蒸汽管使用陶瓷纤维隔热消音器等。

四、结语

火炬系统的正常运行是炼化厂的重要安全保障，火炬系统的设计需从安全和环保的角度多方面考虑，应根据火炬系统的设计处理量、工厂所在地的地理条件以及环境保护要求等因素，综合选择火炬类型。