封閉式地面火炬在天然氣長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)中的安全設(shè)計(jì)

楊娜

摘 要：介紹了封閉式地面火炬的特點(diǎn)、事故狀態(tài)下可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，并針對(duì)封閉式地面火炬的主要安全設(shè)施設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：封閉式地面火炬;安全設(shè)施設(shè)計(jì)

1 概述

為保證天然氣長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)的正常生產(chǎn)和緊急事故狀態(tài)下的安全排放，一般設(shè)置高架火炬，用來收集和處理天然氣。隨著天然氣長(zhǎng)輸管道的快速發(fā)展，高架火炬由于輻射熱影響范圍較大，征地范圍大，造成的征地困難問題也越來越嚴(yán)重。為節(jié)約用地，同時(shí)考慮到環(huán)保、安全等方面的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)已開始使用封閉式地面火炬作為天然氣長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)的排放處理裝置。

2 國(guó)內(nèi)外放空火炬的應(yīng)用情況

2.1 高架火炬。高架放空火炬在國(guó)內(nèi)天然氣長(zhǎng)輸管道項(xiàng)目的站場(chǎng)中廣泛應(yīng)用，技術(shù)已非常成熟，其中包括已建的西氣東輸、川氣東送等大型的輸氣管道工程，均使用高架放空火炬系統(tǒng)作為輸氣站場(chǎng)的點(diǎn)火放空措施。

2.2 地面火炬。上世紀(jì)70年代初，國(guó)外開始進(jìn)行地面火炬的研究和開發(fā)，制造出多種地面火炬排放系統(tǒng)，主要分為大排量多級(jí)多燃燒器開放式地面火炬和封閉式地面火炬。全世界十幾個(gè)大型乙烯項(xiàng)目、一些大型的煉油生產(chǎn)和天然氣開采項(xiàng)目都采用了多級(jí)多燃燒器地面火炬，國(guó)內(nèi)也有一些企業(yè)采用了開放式和封閉式地面火炬。

目前封閉式地面火炬在天然氣長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)放空中的應(yīng)用較少，因此其安全設(shè)計(jì)尤為重要。

3 封閉式地面火炬的特點(diǎn)

封閉式地面火炬主要由地面燃燒爐、燃燒器組、防風(fēng)墻以及點(diǎn)火系統(tǒng)等組成，可保證氣體需要排放時(shí)能夠及時(shí)、安全、可靠地放空燃燒，保證在運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)低噪音無煙燃燒。

封閉式地面火炬有以下特點(diǎn)：

①地面火炬采用自動(dòng)分級(jí)燃燒控制系統(tǒng)，根據(jù)壓力自動(dòng)逐級(jí)打開燃燒器，以適應(yīng)不同的排放流量，處理范圍廣。

②地面火炬及其附屬流程占地面積小、檢修方便，僅入口閥及總管需常規(guī)檢查與檢修，而該部分位于防風(fēng)墻外;燃燒爐內(nèi)的火炬頭可以在裝置的開停車期間進(jìn)行檢修。

③封閉式地面火炬爐壁內(nèi)部襯有耐火耐高溫的陶瓷纖維，減少向四周擴(kuò)散的熱輻射，防風(fēng)墻外熱輻射值≤1.58kW/m2，同時(shí)可以起到降噪效果。

④封閉式地面火炬及其附屬流程對(duì)周邊的防火間距要求比高架火炬小。

⑤最大限度地減少了對(duì)周圍環(huán)境的空氣污染、光污染和噪聲污染。

4 事故狀態(tài)下封閉式地面火炬可能存在的風(fēng)險(xiǎn)

①事故狀態(tài)下長(zhǎng)明燈熄滅，點(diǎn)火失敗，造成大量可燃?xì)怏w從地面火炬排出，與周圍空氣混合成易燃易爆混合物，在擴(kuò)散過程中如遇到點(diǎn)火源，可能發(fā)生爆炸。

②分級(jí)燃燒時(shí)，二、三級(jí)燃燒支路閥門故障無法開啟，放空天然氣不能快速泄放，可能導(dǎo)致站場(chǎng)內(nèi)憋壓。

③由于天然氣站場(chǎng)運(yùn)行壓力較高，放空時(shí)節(jié)流溫降加大，可能析出液態(tài)烴，造成爐膛內(nèi)燃燒溫度過高。

④空氣供應(yīng)不足，可能導(dǎo)致天然氣燃燒不完全，產(chǎn)生黑煙，造成環(huán)境污染。

⑤封閉式地面火炬與天然氣站場(chǎng)的安全間距與高架火炬相比要小的多，由于距離站場(chǎng)較近，如站內(nèi)工藝裝置區(qū)發(fā)生泄漏，在特定氣象條件下，地面火炬可能將其引燃而發(fā)生火災(zāi)甚至爆炸。

5 封閉式地面火炬的主要安全設(shè)施設(shè)計(jì)

針對(duì)天然氣長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)放空特點(diǎn)，建議進(jìn)行以下安全設(shè)計(jì)：

①封閉式地面火炬的設(shè)計(jì)處理能力及處理范圍。天然氣長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)內(nèi)放空量及放空時(shí)間等工況多變，事故緊急放空時(shí)氣量大、壓力高，正常運(yùn)行時(shí)站內(nèi)設(shè)備檢修放空氣量小、壓力小。封閉式地面火炬的設(shè)計(jì)處理能力考慮滿足事故狀態(tài)時(shí)峰值泄放量的排放要求，同時(shí)按照不同的放空氣壓力設(shè)置分級(jí)燃燒，一級(jí)放空設(shè)為常開，滿足站內(nèi)檢修等放空氣量小、壓力低的排放要求，放空氣量及放空壓力增加時(shí)，陸續(xù)開啟后續(xù)各級(jí)燃燒，滿足排放需求。

②火炬系統(tǒng)采用獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)

a長(zhǎng)明燈控制。燃燒爐爐膛內(nèi)設(shè)置若干長(zhǎng)明燈，以確保任何氣量的放空氣通過燃燒器火嘴時(shí)都能實(shí)現(xiàn)燃燒，避免未燃燒的放空氣與空氣混合形成爆炸性環(huán)境。一般采自動(dòng)控制點(diǎn)火方式控制長(zhǎng)明燈燃料氣閥、點(diǎn)火槍燃料氣閥、點(diǎn)火器。為確?；鹁娴娜紵€(wěn)定，整個(gè)封閉式地面火炬在排放過程中必須保持長(zhǎng)明燈常燃。在事故狀態(tài)下，長(zhǎng)明燈熄滅，在人工確認(rèn)安全可控的前提下，可通過中控室內(nèi)的強(qiáng)制點(diǎn)火按鈕實(shí)現(xiàn)人工手動(dòng)強(qiáng)制點(diǎn)火。

b火炬氣排放閥控制。為了保證工藝裝置泄放的氣體在燃燒器組的燒嘴處滿足最佳燃燒的壓力條件，按照不同的放空壓力，設(shè)置多級(jí)燃燒控制。每一級(jí)設(shè)置不同數(shù)量的燃燒器燒嘴，依據(jù)燒嘴的設(shè)計(jì)參數(shù)，通過PLC系統(tǒng)自動(dòng)控制分級(jí)管路切斷閥的開或關(guān)來調(diào)整放空氣通過哪一級(jí)或哪些級(jí)投入燃燒，以使放空氣得以充分燃燒。

c通風(fēng)口控制進(jìn)風(fēng)量實(shí)現(xiàn)無煙燃燒。放空氣在燃燒器火嘴處與空氣充分混合，實(shí)現(xiàn)充分無煙燃燒，燃燒后的高溫?zé)煔庠趻i力的作用下通過燃燒爐頂部排出，燃燒器火嘴處形成局部負(fù)壓，空氣通過燃燒爐與防風(fēng)墻之間的通風(fēng)口進(jìn)入燃燒爐，如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)放空氣的完全無煙燃燒和排放。同時(shí)，在燃燒爐外圍設(shè)置擋風(fēng)墻，防止側(cè)風(fēng)直吹燃燒爐底部的燃燒器火嘴，確保燃燒火焰向燃燒爐中心集束，避免火焰偏斜。

③氮?dú)獯祾?。設(shè)置氮?dú)馄考暗獨(dú)獯祾呦到y(tǒng)，用來對(duì)各級(jí)排放閥后管路進(jìn)行氮?dú)獯祾撸跃S持排放管道的微正壓，防止空氣倒流入放空管道。

④可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警裝置。封閉式地面火炬燃燒爐下部及防風(fēng)墻外圍的附屬流程工藝裝置區(qū)設(shè)置多個(gè)可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警裝置，各個(gè)報(bào)警裝置互為備用，避免放空管路或閥門泄漏導(dǎo)致產(chǎn)生爆炸性氣體環(huán)境。

⑤針對(duì)雷雨天氣，封閉式地面火炬燃燒爐外壁為鋼結(jié)構(gòu)，爐體完全接地。

⑥阻火設(shè)計(jì)。燃燒爐爐膛內(nèi)設(shè)若干長(zhǎng)明燈，保證放空氣在任何一級(jí)燃燒器火嘴處排放時(shí)均能實(shí)現(xiàn)燃燒，同時(shí)在各個(gè)長(zhǎng)明燈的燃料氣管線上設(shè)置阻火器，在常開的一級(jí)燃燒支路上設(shè)置阻火器，防止回火。

⑦防憋壓設(shè)計(jì)。除一級(jí)燃燒支路之外，其余各級(jí)燃燒支路切斷閥設(shè)置爆破片旁通，防止切斷閥故障時(shí)放空系統(tǒng)憋壓。

⑧封閉式火炬前設(shè)置分液罐，將由于節(jié)流溫降產(chǎn)生的液態(tài)烴分出，防止?fàn)t膛內(nèi)燃燒溫度過高。

⑨封閉式地面火炬的配套電氣、儀表均采用防爆設(shè)計(jì)。

⑩地面火炬周圍設(shè)置各種指示、警示作業(yè)安全、逃生避難及風(fēng)向等警示標(biāo)志。

6 結(jié)語

封閉式地面火炬與高架火炬相比有較多優(yōu)勢(shì)，但在國(guó)內(nèi)天然氣長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)的應(yīng)用還沒有普及，相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的制定比較滯后。因此，在封閉式地面火炬的設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮各種因素，參考國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及先進(jìn)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行安全設(shè)施設(shè)計(jì)，最大限度地確保封閉式地面火炬的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉向宏，王一丁，潘麗芳.地面火炬系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)[J].遼寧化工，2010，39（3）.