任 松 王海波 李尹建 陳玉梅 秦興述

中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司， 四川 成都 610041

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適用于高/低壓放空的新型火炬點火系統(tǒng)

任 松 王海波 李尹建 陳玉梅 秦興述

中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司， 四川 成都 610041

針對現(xiàn)有火炬點火系統(tǒng)在高/低壓放空工況下點火成功率較低的問題進行分析研究，結合現(xiàn)場運行經驗，通過在取氣管路上增加一路設有限流孔板的點火管線，在火炬筒體與火炬頭連接位置下1 m處增加一路點火取氣管線，提出了一種適用于瞬時放空量較大(高壓)及瞬時放空量較小(低壓)兩種極端工況的自動點火系統(tǒng)。該點火系統(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用，應用前景廣泛。

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，火炬是采氣單井站場、集氣站場安全放空及環(huán)境保護的重要設施，其作用是燃燒生產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、放空火炬點火系統(tǒng)等組成[8]。放空火炬點火系統(tǒng)根據(jù)點火氣源可分為有點火用燃料氣的點火系統(tǒng)和無點火用燃料氣的點火系統(tǒng)；根據(jù)點火方式可分為高空電點火系統(tǒng)、外傳火點火系統(tǒng)和內傳火點火系統(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、阻火設施(分子封、速度封、水封、阻火器)[10-12]、點火設施等[13]。

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

1)采用液化石油氣瓶組進行點火。該種點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火用燃料氣。這種點火方式需要定期更換液化石油氣瓶組，運行維護成本較高。

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

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

1 新型火炬點火系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)組成

新型火炬點火系統(tǒng)主要針對站場無點火用燃料氣，采用放空氣作為點火燃料氣的站場。該點火系統(tǒng)主要由以下部分組成：取氣裝置、高能點火器、高空電點火引火燃燒器[18]、流量開關、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。新型火炬點火系統(tǒng)流程圖見圖1。

1.2 主要創(chuàng)新點

對現(xiàn)有放空火炬點火系統(tǒng)[9]進行分析研究，結合現(xiàn)場運行經驗，研發(fā)了新型火炬點火系統(tǒng)：在取氣管路上增

圖1 新型火炬點火系統(tǒng)流程圖

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

1.2.1 高壓放空工況

在高壓放空工況，即瞬時放空量較大時，取氣管路內壓力較高，高空電點火引火燃燒器的燃氣流速較高[19]，點火困難，導致點火失敗。新型火炬點火系統(tǒng)在點火管線上增加了一路管線，并在該管路上設置一個限流孔板，當瞬時放空量較大時可起到節(jié)流減壓的作用，降低了高空電點火引火燃燒器處的燃氣流速，提高了高壓放空時點火的成功率。

1.2.2 低壓放空工況

在低壓放空工況，即瞬時放空量較小時，管線內阻力較大，導致高空電點火引火燃燒器的燃氣流速較低[19]，點火困難，導致點火失敗。新型火炬點火系統(tǒng)在火炬筒體與火炬頭連接位置下1 m處增加一路點火取氣管線，至高空電點火引火燃燒器，提高了低壓放空時點火的成功率。

1.3 點火流程

本點火系統(tǒng)主要適用于無點火用燃料氣，直接采用放空氣點火的站場。

1.3.1 高壓放空工況

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

1.3.2 低壓放空工況

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

當有不測因素導致火炬熄滅時，火焰檢測單元監(jiān)測并發(fā)出“無火”信號，系統(tǒng)自動進入點火程序。

若經過3次(可現(xiàn)場設定)點火，火炬仍未被點燃，則向站場裝置控制室RTU發(fā)出點火系統(tǒng)故障報警。

2 工程應用

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

該新型火炬點火系統(tǒng)已在國內一些氣田項目、集輸項目推廣應用，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)場運行情況反映點火成功率接近100 %，為以后類似項目提供了參考，應用前景廣泛。

3 結論

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

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2015-12-30

中國石油天然氣集團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設計工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.01.005