淺談輸氣站場放空火炬系統(tǒng)故障的研究與應(yīng)用

周長李　黃知坤　胡漢董

[摘要]火炬安全放空系統(tǒng)是保障輸氣站安全的最重要的設(shè)施之一，川氣東送管線上火炬系統(tǒng)在投用時(shí)存在進(jìn)水短路、雷擊元件燒毀的現(xiàn)象，降低了設(shè)備完好率，增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。本文先從結(jié)構(gòu)入手，探討問題原因，尋找技術(shù)防治措施并合理應(yīng)用，改善運(yùn)行狀況。

[關(guān)鍵詞]天然氣站場；放空；火炬；防潮；密封；防雷

0引言

放空火炬系統(tǒng)是天然氣輸氣站場地面建設(shè)工程的安全放空設(shè)施，要求在正常檢修維護(hù)或事故狀態(tài)時(shí)能夠及時(shí)、安全、可靠的將天然氣通過放空火炬排放燃燒，達(dá)到健康、安全、環(huán)保的要求。放空火炬系統(tǒng)的運(yùn)行安全，對站場的生產(chǎn)安全管理有著重大影響，因此對該系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，在減少系統(tǒng)運(yùn)行故障，提高設(shè)備完好率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，保障連續(xù)生產(chǎn)等方面具有很重要的意義。

1火炬系統(tǒng)的基本組成與原理

火炬系統(tǒng)主要是由遠(yuǎn)程控制箱、就地控制箱、排放氣工藝管路、火炬筒體、引火工藝管路及輔助部件組成。系統(tǒng)共有4種點(diǎn)火方式：遠(yuǎn)程自動(dòng)點(diǎn)火、遠(yuǎn)程手動(dòng)點(diǎn)火、就地手動(dòng)點(diǎn)火、外傳火點(diǎn)火，前3種屬于控制點(diǎn)火，后1種為備用手動(dòng)點(diǎn)火。其中遠(yuǎn)程自動(dòng)點(diǎn)火、遠(yuǎn)程手動(dòng)點(diǎn)火可由操作遠(yuǎn)程控制箱來實(shí)現(xiàn)；就地手動(dòng)點(diǎn)火可操作就地控制箱實(shí)現(xiàn)；外傳火點(diǎn)火可通過火把依次傳火至一級引火管、二級引火管、傳燃管，在無外電源時(shí)實(shí)現(xiàn)緊急點(diǎn)燃放空，

控制點(diǎn)火工作原理：采用遠(yuǎn)程自動(dòng)/手動(dòng)點(diǎn)火和就地點(diǎn)火方式相結(jié)合的方法，即：在控制室遠(yuǎn)程控制箱上手動(dòng)點(diǎn)火，點(diǎn)火成功系統(tǒng)可將火焰信號反饋給站控系統(tǒng)。同時(shí)控制柜上設(shè)有就地和遠(yuǎn)控轉(zhuǎn)換開關(guān)，便于進(jìn)行就地和遠(yuǎn)程控制單步控制?，F(xiàn)場安裝就地控制箱（防爆型），可操作點(diǎn)火開關(guān)進(jìn)行就地點(diǎn)火控制。點(diǎn)火控制采用PLC作為中央控制單元，控制系統(tǒng)可提供放空氣壓力開關(guān)或流量開關(guān)信號。

2火炬故障問題

2.1現(xiàn)場控制箱水汽問題

現(xiàn)場就地控制箱含水汽是因防爆箱的密封不良所所致，雨季尤為嚴(yán)重，會(huì)造成線路短路，中間繼電器、流量開關(guān)等原件的燒毀，無法實(shí)現(xiàn)就地、自動(dòng)點(diǎn)火功能，因此需要對其予以重視，進(jìn)行結(jié)構(gòu)密封優(yōu)化或相關(guān)維護(hù)措施。

2.2火炬系統(tǒng)防雷問題

電閃雷鳴是一種自然現(xiàn)象。雷電的電壓很高，一次放電時(shí)間雖然只有0.01S左右，瞬時(shí)電流強(qiáng)度驚人。雷電放電時(shí)，可使電氣設(shè)備絕緣擊穿，建筑物造成破壞，家用電器擊毀，人體及牲畜死亡或受傷等。雷擊分為直接雷擊和感應(yīng)雷擊兩種。雷云對地面物體或人畜直接放電的現(xiàn)象叫直接雷擊：架空電纜或室外天線被空中帶電云放電形成的強(qiáng)電場的感生電動(dòng)勢沖擊家用電器或電子設(shè)備的現(xiàn)象叫感應(yīng)雷擊。避雷的方法視具體情況而定。川氣東送管道地處雷電天氣的頻繁出現(xiàn)的地區(qū)，因防雷接地或其他防雷措施未到位，火炬系統(tǒng)無論是遠(yuǎn)程控制柜還是現(xiàn)場檢測控制設(shè)備中儀器儀表燒毀而無法使用的情況屢屢發(fā)生，因此需要研究分析找出解決方案。

3火炬故障問題的解決方法

3.1防水強(qiáng)化措施

采用橡膠或密封襯墊密封時(shí)，箱體內(nèi)壓P與密封面壓σ（一般有螺栓預(yù)緊力提供）的關(guān)系是：P≤σ。但密封面壓必須是連續(xù)分布在密封部分，即形成密封帶。密封帶的型成主要取決于一下3個(gè)因素：偶合面的剛性、螺栓的分布以及螺栓預(yù)緊力和預(yù)緊順序?？刂葡涑３Ｊ艿劫|(zhì)量的限制，箱體的整體剛性較小，為保證密封帶的形成，一般采用加大密封面的局部剛度和增加螺栓的數(shù)量；在密封面上的螺栓和定位銷孔口應(yīng)倒角以免在孔口出現(xiàn)高應(yīng)力區(qū)。在預(yù)緊螺栓時(shí)，要盡量將誤差消除在兩個(gè)螺栓之間，以免出現(xiàn)誤差積累效應(yīng)，使密封面壓嚴(yán)重不均而產(chǎn)生泄漏，即裝配時(shí)螺栓應(yīng)按對稱預(yù)緊的原則進(jìn)行預(yù)緊。另外還可以在裝配面上涂抹潤滑脂進(jìn)一步保護(hù)密封元件、縮小縫隙。

另外因環(huán)境溫度（晝夜溫度、季節(jié)溫度）變化。無論箱體及防爆格蘭密封多好，箱體內(nèi)空氣熱脹冷縮引起的呼吸作用必然存在，何況電氣箱體上也有排潮用呼吸孔，加上安裝條件限制，尤其是在老舊設(shè)備上呼吸作用引起的進(jìn)入水汽比較明顯，可采用內(nèi)外防水防潮的兩項(xiàng)措施：一是，定期更換內(nèi)部干燥劑（如無氯化鈷橙色變色硅膠干燥劑等）及清理呼吸孔：二是。應(yīng)有防止水沿面滲入呼吸孔或箱體的措施，保證正常呼吸情況下水汽不會(huì)進(jìn)入箱體內(nèi)部，如加裝防雨罩。

3.2防雷強(qiáng)化措施

高聳火炬的引雷作用，防雷措施更為必要，需采用分流、屏蔽、搭接、接地、保護(hù)系統(tǒng)（D.S.B.G.P系統(tǒng)）。①分流（D）：火炬頂裝高出天線的避雷針，將大量電流引到接地網(wǎng)，進(jìn)行分流和降低電位。②屏蔽（S）：所有信號線、PLC各導(dǎo)線均采用屏蔽線或穿入鐵管，且屏蔽層或鐵管的兩端接地。③搭接（B）：所有電纜連接處、電纜與機(jī)器連接處進(jìn)行電氣搭接。④接地（G）：所有金屬架構(gòu)、管道、導(dǎo)線金屬屏蔽層或穿線鐵管連在一起與大地連接。樓內(nèi)的防雷接地、工作接地、保護(hù)接地均需連在一起，以均衡電位。⑤保護(hù)（P）：PLC、數(shù)顯儀表等引出的信號線應(yīng)裝設(shè)多級保護(hù)，以防止信號線遭雷擊或發(fā)生雷電感應(yīng)時(shí)侵入波損壞設(shè)備。

鑒于這五個(gè)方面，結(jié)合現(xiàn)場情況，輸氣站開展了4項(xiàng)措施及改造：

1）檢查搭接情況。查看并排除接線端虛接、銅綠等情況。保證接線有效可靠。

2）檢查接地情況。檢查控制箱、電磁閥、流量開關(guān)、壓力開關(guān)接地線是否完好，適當(dāng)予以維護(hù)、更換，保證接地線截面積符合規(guī)定（絕緣銅線截面積大于2.5mm²），保證接地連接點(diǎn)無銹蝕、導(dǎo)通性能良好。

3）測試接地情況。用搖表測試放空區(qū)就地控制箱、電磁閥、流量開關(guān)、壓力開關(guān)接地電阻是否小于4n，不合格需要重新做好連接或更換接地扁鐵直至合格。雷擊時(shí)，使和電子設(shè)備相連接的地都處在同一電位（消除地的電位差）。

4）強(qiáng)化電氣保護(hù)。在供電線路、通信線路均為埋地電纜穿地的前提下，首先檢查遠(yuǎn)控箱接地及對地電阻；再在供電線路、信號線路上加裝防雷器件，防止雷電感應(yīng)而引起感應(yīng)雷通過電源線、信號線傳人電子設(shè)備。因?yàn)槎啻蔚睦纂娨饠?shù)顯儀表、流量開關(guān)損壞，對遠(yuǎn)控機(jī)柜（220V、10A）電源線、流量開關(guān)（24V、0.09A）至機(jī)柜信號線加裝220V電涌防護(hù)器、24V控制信號防雷保護(hù)器（如RS-485），同時(shí)對信號線加裝對應(yīng)保險(xiǎn)端子。

4效果及結(jié)論

4.1效果

以一個(gè)輸氣站為樣板開展以上應(yīng)用，在防爆控制箱防水防潮方面，采用防雨罩、干燥劑等方法后得到有效改善，歷時(shí)1年的觀察，未發(fā)生因水汽進(jìn)入短路的故障。在系統(tǒng)防雷方面，在采取以上防雷措施及改造后，在不少于5次的雷電天氣中，僅有一次雷暴中造成信號浪涌擊穿，但是設(shè)備未出現(xiàn)任何問題，有效保護(hù)了系統(tǒng)安全。

4.2結(jié)論

鑒于以上研究應(yīng)用效果，為提高火炬系統(tǒng)的可靠度、設(shè)備完好率，一方面對于新建設(shè)場站，做好前期裝配與接地是非常重要的：另一方面對已投產(chǎn)的火炬系統(tǒng)而言，做好以下三點(diǎn)：①做好現(xiàn)場控制箱防水防潮，保證內(nèi)部設(shè)備不受潮短路；②做好火炬系統(tǒng)接地檢測、整改及控制系統(tǒng)防雷優(yōu)化改造，保證雷暴影響將至最低；③改變觀念，進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)管理，制定周期性測試維護(hù)計(jì)劃并嚴(yán)格實(shí)施。真正意義上的改進(jìn)與解決，需要從火炬設(shè)計(jì)、站場設(shè)計(jì)層面出發(fā)，在此不予討論。

[責(zé)任編輯：王偉平]