適用于高/低壓放空的新型火炬點(diǎn)火系統(tǒng)

任 松 王海波 李尹建 陳玉梅 秦興述

中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司， 四川 成都 610041

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適用于高/低壓放空的新型火炬點(diǎn)火系統(tǒng)

任 松 王海波 李尹建 陳玉梅 秦興述

中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司， 四川 成都 610041

針對現(xiàn)有火炬點(diǎn)火系統(tǒng)在高/低壓放空工況下點(diǎn)火成功率較低的問題進(jìn)行分析研究，結(jié)合現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通過在取氣管路上增加一路設(shè)有限流孔板的點(diǎn)火管線，在火炬筒體與火炬頭連接位置下1 m處增加一路點(diǎn)火取氣管線，提出了一種適用于瞬時(shí)放空量較大(高壓)及瞬時(shí)放空量較小(低壓)兩種極端工況的自動點(diǎn)火系統(tǒng)。該點(diǎn)火系統(tǒng)保證了采氣站場放空的安全性、可靠性且能滿足環(huán)保要求，已在一些新建氣田集輸工程中推廣應(yīng)用，應(yīng)用前景廣泛。

放空火炬；無燃料氣；高/低壓放空；可靠性

0 前言

目前站場放空天然氣的主要處理方式有放空燃燒及回收利用[1-2]。采用放空燃燒方式時(shí)，火炬是采氣單井站場、集氣站場安全放空及環(huán)境保護(hù)的重要設(shè)施，其作用是燃燒生產(chǎn)過程中排放的天然氣，避免造成大氣污染[3-6]，影響生態(tài)環(huán)境[7]。放空火炬主要由放空立管、放空火炬點(diǎn)火系統(tǒng)等組成[8]。放空火炬點(diǎn)火系統(tǒng)根據(jù)點(diǎn)火氣源可分為有點(diǎn)火用燃料氣的點(diǎn)火系統(tǒng)和無點(diǎn)火用燃料氣的點(diǎn)火系統(tǒng)；根據(jù)點(diǎn)火方式可分為高空電點(diǎn)火系統(tǒng)、外傳火點(diǎn)火系統(tǒng)和內(nèi)傳火點(diǎn)火系統(tǒng)[9]。氣田集輸站場工程放空火炬系統(tǒng)一般包括火炬筒體、火炬頭、阻火設(shè)施(分子封、速度封、水封、阻火器)[10-12]、點(diǎn)火設(shè)施等[13]。

一些對放空要求較高且有條件的站場，為了提高火炬點(diǎn)火的成功率，通常設(shè)有長明燈[14-16]。但有些站場沒有經(jīng)處理過了的燃料氣，這種站場傳統(tǒng)的點(diǎn)火方式主要有以下兩種：

1)采用液化石油氣瓶組進(jìn)行點(diǎn)火。該種點(diǎn)火方式需在火炬附近放置液化石油氣瓶組，用液化石油氣作為點(diǎn)火用燃料氣。這種點(diǎn)火方式需要定期更換液化石油氣瓶組，運(yùn)行維護(hù)成本較高。

2)采用放空氣作為點(diǎn)火用燃料氣，并采用高空電點(diǎn)火的方式點(diǎn)火[9]。這種點(diǎn)火方式節(jié)約了運(yùn)行維護(hù)成本，但是根據(jù)站場工藝的特點(diǎn)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，每次放空量具有不確定性，當(dāng)瞬時(shí)放空量過小或者瞬時(shí)放空量過大時(shí)，這種高空電點(diǎn)火方式點(diǎn)火成功率較低。

目前，低壓火炬的點(diǎn)火方式還有手動地面爆燃[17]等，這種點(diǎn)火方式危險(xiǎn)系數(shù)較高。本文針對高/低壓放空點(diǎn)火系統(tǒng)存在的問題，提出了適用于高/低壓放空的新型火炬點(diǎn)火系統(tǒng)，可大大提高點(diǎn)火成功率，滿足站場安全放空及環(huán)境保護(hù)的要求。

1 新型火炬點(diǎn)火系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)組成

新型火炬點(diǎn)火系統(tǒng)主要針對站場無點(diǎn)火用燃料氣，采用放空氣作為點(diǎn)火燃料氣的站場。該點(diǎn)火系統(tǒng)主要由以下部分組成：取氣裝置、高能點(diǎn)火器、高空電點(diǎn)火引火燃燒器[18]、流量開關(guān)、紫外線火線檢測器、現(xiàn)場防爆控制箱、過濾閥組、限流孔板、電磁閥組等。新型火炬點(diǎn)火系統(tǒng)流程圖見圖1。

1.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

對現(xiàn)有放空火炬點(diǎn)火系統(tǒng)[9]進(jìn)行分析研究，結(jié)合現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)了新型火炬點(diǎn)火系統(tǒng)：在取氣管路上增

圖1 新型火炬點(diǎn)火系統(tǒng)流程圖

加了一路設(shè)有限流孔板的點(diǎn)火管線，高壓放空時(shí)增加點(diǎn)火氣管線上的阻力[19]；在火炬筒體與火炬頭連接位置下1 m處增加一路點(diǎn)火取氣管線，低壓放空時(shí)減小點(diǎn)火氣管線上的阻力[19]，由此較大地提高了高/低壓放空時(shí)的點(diǎn)火成功率。圖1中云線部分為新型火炬點(diǎn)火系統(tǒng)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。

1.2.1 高壓放空工況

在高壓放空工況，即瞬時(shí)放空量較大時(shí)，取氣管路內(nèi)壓力較高，高空電點(diǎn)火引火燃燒器的燃?xì)饬魉佥^高[19]，點(diǎn)火困難，導(dǎo)致點(diǎn)火失敗。新型火炬點(diǎn)火系統(tǒng)在點(diǎn)火管線上增加了一路管線，并在該管路上設(shè)置一個(gè)限流孔板，當(dāng)瞬時(shí)放空量較大時(shí)可起到節(jié)流減壓的作用，降低了高空電點(diǎn)火引火燃燒器處的燃?xì)饬魉?，提高了高壓放空時(shí)點(diǎn)火的成功率。

1.2.2 低壓放空工況

在低壓放空工況，即瞬時(shí)放空量較小時(shí)，管線內(nèi)阻力較大，導(dǎo)致高空電點(diǎn)火引火燃燒器的燃?xì)饬魉佥^低[19]，點(diǎn)火困難，導(dǎo)致點(diǎn)火失敗。新型火炬點(diǎn)火系統(tǒng)在火炬筒體與火炬頭連接位置下1 m處增加一路點(diǎn)火取氣管線，至高空電點(diǎn)火引火燃燒器，提高了低壓放空時(shí)點(diǎn)火的成功率。

1.3 點(diǎn)火流程

本點(diǎn)火系統(tǒng)主要適用于無點(diǎn)火用燃料氣，直接采用放空氣點(diǎn)火的站場。

1.3.1 高壓放空工況

需要放空點(diǎn)火時(shí)，首先由“流量開關(guān)”提供點(diǎn)火觸發(fā)信號[20](表明此時(shí)有天然氣放空)，當(dāng)控制單元檢測到點(diǎn)火觸發(fā)信號后，系統(tǒng)自動啟動點(diǎn)火程序：當(dāng)檢測到來氣壓力高于0.3 MPa(可現(xiàn)場設(shè)定)時(shí)，開啟防爆電磁閥組2，而防爆電磁閥組1處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)通過高空電點(diǎn)火裝置進(jìn)行點(diǎn)火，當(dāng)火焰檢測單元監(jiān)測并發(fā)出“著火”信號后，則表明主火炬已被點(diǎn)燃，點(diǎn)火成功。關(guān)閉點(diǎn)火系統(tǒng)相應(yīng)管線上的防爆電磁閥組。

1.3.2 低壓放空工況

需要放空點(diǎn)火時(shí)，首先由“流量開關(guān)”提供點(diǎn)火觸發(fā)信號[20](表明此時(shí)有天然氣放空)，當(dāng)控制單元檢測到點(diǎn)火觸發(fā)信號后，系統(tǒng)自動啟動點(diǎn)火程序：當(dāng)檢測到來氣壓力低于0.3 MPa(可現(xiàn)場設(shè)定)時(shí)，開啟防爆電磁閥組1，而防爆電磁閥組2處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)通過高空電點(diǎn)火裝置進(jìn)行點(diǎn)火，當(dāng)火焰檢測單元監(jiān)測并發(fā)出“著火”信號后，則表明主火炬已被點(diǎn)燃，點(diǎn)火成功。關(guān)閉點(diǎn)火系統(tǒng)相應(yīng)管線上的防爆電磁閥組。

當(dāng)有不測因素導(dǎo)致火炬熄滅時(shí)，火焰檢測單元監(jiān)測并發(fā)出“無火”信號，系統(tǒng)自動進(jìn)入點(diǎn)火程序。

若經(jīng)過3次(可現(xiàn)場設(shè)定)點(diǎn)火，火炬仍未被點(diǎn)燃，則向站場裝置控制室RTU發(fā)出點(diǎn)火系統(tǒng)故障報(bào)警。

2 工程應(yīng)用

該新型火炬點(diǎn)火系統(tǒng)根據(jù)放空氣來氣壓力的大小開啟不同的點(diǎn)火取氣管線，保證了高空電點(diǎn)火燃燒器的燃料氣流速始終在容易著火的范圍內(nèi)，保證了點(diǎn)火成功率，很好地解決了現(xiàn)有火炬點(diǎn)火系統(tǒng)在高/低壓放空工況下點(diǎn)火成功率較低的問題。

該新型火炬點(diǎn)火系統(tǒng)已在國內(nèi)一些氣田項(xiàng)目、集輸項(xiàng)目推廣應(yīng)用，如磨溪區(qū)塊龍王廟組氣藏60×108m3/a開發(fā)地面工程、克拉蘇氣田克深5區(qū)塊試采地面工程等，根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行情況反映點(diǎn)火成功率接近100 %，為以后類似項(xiàng)目提供了參考，應(yīng)用前景廣泛。

3 結(jié)論

針對現(xiàn)有站場點(diǎn)火燃料氣的放空火炬點(diǎn)火系統(tǒng)在一定放空范圍下點(diǎn)火成功率較高，而高/低壓放空工況點(diǎn)火成功率較低的問題，提出在取氣管路上增加一路設(shè)有限流孔板的點(diǎn)火管線，高壓放空時(shí)增加點(diǎn)火氣管線上的阻力；在火炬筒體與火炬頭連接位置下1 m處增加一路點(diǎn)火取氣管線，低壓放空時(shí)減小點(diǎn)火氣管線上的阻力。新型火炬點(diǎn)火系統(tǒng)較大地提高了點(diǎn)火系統(tǒng)的可靠性，保證了站場放空的安全，滿足了環(huán)保要求，為同類新建及擴(kuò)建工程提供了參考，具有廣泛的應(yīng)用前景。

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2015-12-30

中國石油天然氣集團(tuán)公司安岳氣田磨溪區(qū)塊龍王廟組氣藏60×108m3/a開發(fā)地面工程(S 2013-015 E)

任 松(1986-)，男，四川蒼溪人，助理工程師，碩士，主要從事動力工程及暖通空調(diào)設(shè)計(jì)工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.01.005