趙云龍

（中石化天津液化天然氣有限公司，天津 300457）

封閉式地面火炬也叫聚能區(qū)火炬或熱氧化器火炬。地面火炬系統(tǒng)一般由火炬排放管道、分液罐和地面火炬組成[1]。在全世界的煉油廠、化工/石化設(shè)施、輸氣管道、罐區(qū)和碼頭都有使用。該系統(tǒng)還用于在公海上船載熱焚燒碳?xì)浠衔锖推渌扇颊羝?。這種設(shè)計(jì)相對于開放的、高架的火炬具有許多優(yōu)點(diǎn)，主要包括封閉的地面火焰、無煙、沒有熱輻射、占地面積少、無可見火焰、無異味/噪聲低、操作簡便、維護(hù)工作少。其他優(yōu)點(diǎn)包括：極低的噪聲；極低且受控的排放；無熱羽流；非常簡單和完全可訪問的控件；所有部件都在地面，維護(hù)服務(wù)便捷（例如點(diǎn)火器可以在單元不停機(jī)的狀況下進(jìn)行維護(hù)工作），無熱輻射問題。

與所有火炬一樣，安全性和可靠性也是封閉式地面火炬2 個(gè)必須要考慮的重要因素。封閉式地面火炬的安全可靠運(yùn)行，主要取決于火炬燃燒器的設(shè)計(jì)和性能，以及全自動(dòng)、故障安全的聯(lián)鎖傳感器、點(diǎn)火器控制的可靠性。

1 封閉式地面火炬結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

火炬設(shè)施為天津液化天然氣（LNG）項(xiàng)目擴(kuò)建工程（二期）接收站工程最為重要的輔助生產(chǎn)設(shè)施之一，用于處理LNG 接收站各種工況下排放的低溫低壓火炬氣。火炬設(shè)計(jì)處理能力為0～60 t/h，火炬分為由廠家負(fù)責(zé)的設(shè)備包內(nèi)部分和總包單位負(fù)責(zé)現(xiàn)場制作的包外部分。

火炬設(shè)備包內(nèi)部分主要為系統(tǒng)燃燒器、長明燈、點(diǎn)火系統(tǒng)、燃燒塔、工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及附屬設(shè)備設(shè)施，而火炬設(shè)備包外部分則包含樁基、土建基礎(chǔ)、防風(fēng)墻、界區(qū)外管線、接線箱、控制箱、線纜等。

火炬設(shè)備包內(nèi)部分具體如下：①35 套燃燒器及附帶管線；②9 支長明燈及9 套高能點(diǎn)火系統(tǒng)，包括長明燈、高能點(diǎn)火器、熱電偶；③1 套地面爆燃點(diǎn)火系統(tǒng)，包括點(diǎn)火盤、儀表、電氣電纜及附件；④分級控制閥組，包含4 級燃燒控制氣動(dòng)閥及爆破針閥旁路；⑤火炬界區(qū)內(nèi)管道及管件，包括放空總管、火炬放空支管和公用工程管道；⑥火炬界區(qū)內(nèi)儀表及電氣設(shè)施；⑦氮?dú)夂蟠祾咴O(shè)施，有完善的氮?dú)膺B續(xù)和后吹掃設(shè)施；⑧直徑10.6 m、高度35 m 的燃燒塔，包含內(nèi)襯耐火、隔熱材料、梯子平臺(tái)、其他必要的附屬設(shè)施；⑨直徑15.4 m、高度6 m 的防風(fēng)墻及防火門、百葉窗等附件；⑩工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)，1 套耐高溫?cái)z像機(jī)，用于監(jiān)控火炬筒體內(nèi)火炬氣燃燒及長明燈運(yùn)行情況；?控制系統(tǒng)，整個(gè)火炬設(shè)備包設(shè)置一套FCS 控制系統(tǒng)。

火炬設(shè)備包外部分具體如下：①土建專業(yè)。樁、基礎(chǔ)和防風(fēng)墻，其中樁基為74 根31 m 長灌注樁，基礎(chǔ)、防風(fēng)墻為520 m3C40 混凝土澆筑而成。②管道專業(yè)。火炬界區(qū)外工藝管線、公共工程管線以及管道的應(yīng)力計(jì)算。③儀表專業(yè)。儀表接線箱及上游的橋架槽盒線纜，現(xiàn)場控制室內(nèi)機(jī)柜安裝、供電、接地。④電氣專業(yè)。2 路AC 220 ⅤUPS 電源至火炬現(xiàn)場點(diǎn)火控制箱（1 臺(tái)高空點(diǎn)火控制箱，1 臺(tái)地面爆燃點(diǎn)火控制箱）及進(jìn)線電纜。1 路AC 380 Ⅴ照明電源至火炬現(xiàn)場防爆照明配電箱及進(jìn)線電纜。端子板接與全廠接地網(wǎng)。⑤電信專業(yè)。包括防爆監(jiān)控設(shè)備箱、進(jìn)線端子、電纜/光纜敷設(shè)。

2 封閉式地面火炬的技術(shù)要求

封閉式地面火炬系統(tǒng)必須是本質(zhì)安全排放系統(tǒng)，通過合理的系統(tǒng)組織、先進(jìn)成熟的燃燒技術(shù)、可靠的控制手段使封閉式地面火炬能滿足LNG 接收站對各類工況下排放的火炬氣及時(shí)、安全處理的需求，且處理結(jié)果能夠滿足國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保要求[1]。

任何工況下，火炬氣體燃燒產(chǎn)生的背壓，都不能影響整個(gè)LNG 接收站火炬系統(tǒng)放空氣體的安全排放。為了適應(yīng)各種工況下火炬放空氣流量的變化，封閉式地面火炬系統(tǒng)采用分級燃燒控制，當(dāng)工藝裝置向火炬系統(tǒng)排放氣量增大時(shí)，排放氣體會(huì)在火炬放空總管內(nèi)積聚，導(dǎo)致放空總管壓力升高，各級放空管線上的氣動(dòng)切斷閥將根據(jù)總管上的壓力信號依次相繼開啟。第一級燃燒系統(tǒng)為常開設(shè)置，其余各級燃燒系統(tǒng)上設(shè)氣動(dòng)分級閥和起到超壓包含作用的爆破針型閥旁路。

在排放氣體過程中，一旦點(diǎn)火系統(tǒng)失效造成點(diǎn)火不及時(shí)，氣體在火筒體內(nèi)部聚集，遇到點(diǎn)火源就會(huì)發(fā)生爆炸造成嚴(yán)重后果。為保障火炬系統(tǒng)點(diǎn)火的成功率，火炬長明燈采用高能點(diǎn)火和地面爆燃相結(jié)合的點(diǎn)火方式，從而實(shí)現(xiàn)長明燈既可以在火炬設(shè)施現(xiàn)場通過手動(dòng)操作點(diǎn)火器內(nèi)傳焰與高能點(diǎn)火，也能在中控室的上位機(jī)上遠(yuǎn)程自動(dòng)點(diǎn)火。長明燈的氣源來自火炬界區(qū)外的燃料氣，通過DN50 燃料氣管引至界區(qū)內(nèi)，管線上設(shè)壓力表、壓力變送器、自力式調(diào)壓閥組、止回閥和切斷球閥。

為了保證火炬設(shè)施安全，防止出現(xiàn)火炬排放線低壓回火，在封閉式地面火炬系統(tǒng)未設(shè)置水封罐或其他阻火設(shè)施情況下，火炬設(shè)施在排放總管以及每級放空管線處均配備有氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)。其中第一級放空管線工藝設(shè)計(jì)為常開狀態(tài)，在第一級放空管線氮?dú)獯祾邽檫B續(xù)吹掃方式，通入持續(xù)注入少量氮?dú)鈦砭S持第一級放空管線內(nèi)的微正壓。其他各級放空管線在非排放氣體狀況下為常關(guān)狀態(tài)，采取在排放氣體后在每個(gè)分級閥之后注入大量氮?dú)獯祾叩姆绞剑ＷC徹底置換燃燒器管道內(nèi)所有的可燃?xì)怏w，消除任何內(nèi)部燃燒和延伸管內(nèi)回?zé)目赡苄浴榱朔乐巩惓顩r下火炬總管壓力突然降低導(dǎo)致的回火現(xiàn)象，在火炬放空總管上也設(shè)置注氮管線，當(dāng)放空總管壓力低于邏輯設(shè)定值時(shí)，打開氮?dú)獯祾唛_關(guān)閥，給包括分級閥下游的延伸管在內(nèi)的整個(gè)火炬系統(tǒng)升壓，使其保持相對于外界大氣的微正壓狀態(tài)，防止空氣進(jìn)入火炬管線與排放氣體混合發(fā)生閃爆情況。

封閉式地面火炬燃燒對外界的熱輻射強(qiáng)度、火炬排放氣燃燒煙氣的最大落地濃度符合環(huán)保的要求，由于火炬排放氣燃燒煙氣成分極少有固體成分，故不考慮煙氣中灰塵對輻射的影響[2]，無需輔助消煙，火焰的林格曼黑度小于1?；鹁嬖O(shè)施與相鄰設(shè)施應(yīng)確保其安全距離，符合防火規(guī)范中與相關(guān)設(shè)施安全距離的要求。安全距離應(yīng)為以輻射熱計(jì)算得出的安全防護(hù)距離基礎(chǔ)上增加30%的安全系數(shù)，并按照規(guī)范要求的把火炬視為明火，其與周圍設(shè)施的距離要求比較，取其較大值[3]。

3 火炬燃燒塔體安裝流程

3.1 施工準(zhǔn)備

封閉式地面火炬安裝前施工單位作業(yè)人員需要先熟悉包括地面火炬燃燒塔裝配圖及零部件圖、安裝說明性文件、專用工具使用說明書、工藝安裝圖在內(nèi)的安裝技術(shù)資料。編制安裝方案并做好通過技術(shù)交底，使作業(yè)人員對工程的情況、施工的程序和要求有全面深入的了解。在施工作業(yè)現(xiàn)場要清理平整出一塊200 m2空地，作為施工材料周轉(zhuǎn)區(qū)，同時(shí)準(zhǔn)備好雙排鋼管腳手架相關(guān)材料。

3.2 設(shè)備驗(yàn)收

在火炬設(shè)備運(yùn)到現(xiàn)場前，需在現(xiàn)場設(shè)置平整且高于周邊的場地臨時(shí)堆場，用于相關(guān)材料的堆放。材料存放區(qū)應(yīng)注意對成品物資的保護(hù)，在設(shè)備堆放地點(diǎn)下方設(shè)置枕木，保證設(shè)備離地20 cm 以上。由于火炬筒體的內(nèi)襯耐火、隔熱材料為陶瓷纖維模塊，需要采取防水保護(hù)的措施，堆場需提前準(zhǔn)備防水布，堆放前下方墊好木板后再鋪上防雨布，堆放時(shí)上方再覆蓋防雨布。

火炬包設(shè)備組件到貨后，需對到貨物資進(jìn)行開箱檢驗(yàn)，檢查包裝情況，依據(jù)裝箱單核對箱號、箱數(shù)，對設(shè)備及零部件的名稱、型號、規(guī)格、數(shù)量及外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查，設(shè)備外觀應(yīng)無表面損傷、無變形、無銹蝕；焊接飛濺和工裝卡具的焊疤己清除，不銹鋼制設(shè)備的防腐蝕面與低溫設(shè)備的表面無刻痕和各類鋼印標(biāo)記，設(shè)備管口封閉。并根據(jù)設(shè)備裝配圖核對設(shè)備的主要幾何尺寸、接口規(guī)格、管口方位，檢查隨機(jī)資料和專用工具是否齊全。對清點(diǎn)檢查后的設(shè)備、零部件分類掛牌標(biāo)識，放置于潔凈、通風(fēng)處，小型部件要放置于木質(zhì)貨架之上，妥善保管，以防丟失。對于不是立即安裝的設(shè)備組件，要將包裝箱恢復(fù)原貌。

3.3 基礎(chǔ)驗(yàn)收

火炬包設(shè)備組件安裝前還需要對基礎(chǔ)進(jìn)行檢查，基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度至少要達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%。基礎(chǔ)上需劃出標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)、縱向中心線、橫向中心線。定位基礎(chǔ)中心線之前，將基礎(chǔ)受力面清掃干凈，不得有沙土等雜物?；A(chǔ)縱橫中心十字線劃出后，根據(jù)圖紙校對地腳螺栓孔的中心線準(zhǔn)確性，位置大小和深度要與圖紙相符，測量誤差不超過設(shè)計(jì)規(guī)定范圍。設(shè)備安裝前把需灌漿的基礎(chǔ)表面鑿成麻面，麻面深度不少于10 mm，密度為每平方分米內(nèi)3～5 個(gè)點(diǎn)，與螺柱連接的表面平整潔凈。墊鐵放置處周邊50 mm 范圍內(nèi)基礎(chǔ)表面需鏟鑿平整，保證墊鐵與基礎(chǔ)接觸良好，鏟平部位的水平度允許偏差為2 mm/m。預(yù)埋地腳螺栓的螺紋無損壞。基礎(chǔ)表面若有油脂時(shí)必須進(jìn)行徹底清理，避免影響安裝施工和二次灌漿的質(zhì)量?；A(chǔ)檢查合格，交接手續(xù)辦理完成后，再進(jìn)行設(shè)備安裝。

3.4 底部筒體安裝

火炬設(shè)備安裝首先需要用根據(jù)火炬筒體瓦片質(zhì)量選擇的25 t 吊車將一片片單獨(dú)的筒體瓦片分別吊裝至基礎(chǔ)上方，作業(yè)人員在瓦片吊裝后在基礎(chǔ)表面用地腳螺栓將瓦片與混凝土基礎(chǔ)緊固在一起，每根地腳螺栓兩邊各設(shè)置一組墊鐵，每組墊鐵的數(shù)量不超過5 塊，且厚度為30～70 mm。兩個(gè)瓦片之間也通過高處作業(yè)車進(jìn)行縱向螺栓連接緊固。底部筒體第一片瓦片安裝后，應(yīng)在瓦片上方安裝一個(gè)吊環(huán)，并在筒體內(nèi)外各設(shè)置一個(gè)地錨，用2 根纜風(fēng)繩將瓦片組固定。第一片瓦片安裝完成后，再將第二片、第三片依次拼裝的筒體瓦片吊裝就位，并與前一片組吊裝的筒體瓦片結(jié)合，將兩組之間的螺栓連接好，但不要緊固，循環(huán)裝好底層。瓦片安裝成環(huán)后將縱向連接螺栓全部緊固，并根據(jù)規(guī)范進(jìn)行垂直度調(diào)整，根據(jù)規(guī)范要求，垂直度不得大于H/1000 mm。吊裝過程中，以中心取頂部與中間層連接的2 個(gè)螺栓孔作為吊點(diǎn)，并在下部設(shè)置一根溜繩，以控制瓦片在空中的旋轉(zhuǎn)與就位的方向。

3.5 中部、上部筒體安裝

中部和上部筒體在安裝前需在現(xiàn)場空地先組對成環(huán)后再整體吊裝。使用25 t 吊車將一片片單獨(dú)的片筒體瓦片吊裝至空地后，按照上一步底部筒體安裝方式將2 個(gè)瓦片之間的縱向螺栓連接緊固。

中部筒體成環(huán)后通過500 t汽車吊整體吊裝至底部筒體上，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至設(shè)備就位位置上方，緩慢落下后，將兩層之間的環(huán)向螺栓穿好緊固。上部筒體吊裝方法同中部筒體一致。

3.6 平臺(tái)及鋼直梯安裝

筒體外壁的鋼平臺(tái)及部分不影響吊裝的鋼直梯應(yīng)在筒體組對完成后進(jìn)行安裝。在筒體瓦片組對前，檢查平臺(tái)連接件及鋼直梯連接件是否已按圖紙要求焊接，如有缺少的連接件，在組對前焊接完成。吊裝過程中，應(yīng)在平臺(tái)或直梯上設(shè)置2 根溜繩，便于地面人員輔助進(jìn)行位置調(diào)整進(jìn)行就位和螺栓緊固?；鹁嫱搀w全部吊裝固定后進(jìn)行剩余鋼直梯安裝。

3.7 內(nèi)圈腳手架搭設(shè)

筒體安裝完成后，在筒體內(nèi)部搭設(shè)腳手架。搭設(shè)前清掃火炬內(nèi)地面雜物，確保腳手架落地穩(wěn)固扎實(shí)。通過擋風(fēng)墻的門洞運(yùn)送腳手架桿。腳手架應(yīng)距離筒壁600 mm，以便于安裝陶瓷纖維模塊及錨固釘。

3.8 陶瓷纖維模塊的錨固釘安裝

陶瓷纖維模塊與筒體的連接固定件為錨固釘，錨固釘采用焊接方式固定在筒體上，由于錨固釘為不銹鋼材質(zhì)，筒壁為碳鋼材質(zhì)，選用合適的異種鋼焊接工藝進(jìn)行焊接，焊腳高度大于等于5 mm。錨固釘焊接時(shí)應(yīng)保證其垂直度，并保護(hù)好前端的絲扣。錨固釘焊接時(shí)，會(huì)破壞筒體表面的防腐漆，應(yīng)將破壞的部位表面打磨干凈后，再采用與原防腐漆相同的油漆進(jìn)行補(bǔ)漆。

3.9 陶瓷纖維模塊安裝

錨固釘焊接并補(bǔ)漆后，在筒體內(nèi)壁鋪設(shè)2 層20 mm厚的陶瓷纖維毯，鋪設(shè)應(yīng)平整、整齊。將陶瓷纖維大模塊雙手抱起，對準(zhǔn)錨固釘所在位置，將陶瓷纖維塊掛上。陶瓷纖維大模塊之間存在縫隙較大時(shí)，應(yīng)采用補(bǔ)償條進(jìn)行補(bǔ)償。由于陶瓷纖維具有強(qiáng)吸水性，需做好防雨防水措施。在安裝時(shí)，將筒體頂部采用防雨布封住，以防止雨水落在安裝好的陶瓷纖維塊上，導(dǎo)致陶瓷纖維塊吸水增重墜落。

3.10 驗(yàn)收

安裝完成后，檢查地面火炬燃燒塔的標(biāo)高、高度、垂直度，連接螺栓的緊固力度，錨固釘?shù)牟贾?、垂直度，陶瓷纖維模塊的布置等。

4 管道預(yù)制質(zhì)量保證措施

LNG 接收站用的封閉式地面火炬要嚴(yán)格遵守Sizing、selection，and installation of pressure-relieving devices in refineries、Guide for pressure-relieving and depressuring system、《石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》等行業(yè)規(guī)范。

在施工過程中嚴(yán)格把控施工程序、操作規(guī)程、材料檢驗(yàn)、隱蔽工程驗(yàn)收、工序交接等重點(diǎn)。

開箱時(shí)，要準(zhǔn)備好適當(dāng)?shù)拈_箱工具，以文明施工原則拆卸包裝箱板，不允許對包裝箱亂敲亂打，以免損壞設(shè)備。凡未經(jīng)開箱檢查驗(yàn)收的設(shè)備不得進(jìn)行下面工序的安裝施工。

設(shè)備安裝過程中要保證設(shè)備的標(biāo)高符合圖紙及規(guī)范要求，設(shè)備垂直度要符合立式設(shè)備安裝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求；注意螺栓連接的緊固力度；需對地腳螺栓進(jìn)行保護(hù)，采用黃油及塑料薄膜包扎和加套管進(jìn)行保護(hù)。另外要注意對設(shè)備的保護(hù)，在運(yùn)輸和安裝過程中，加強(qiáng)成品保護(hù)意識，對易損件進(jìn)行保護(hù)。

設(shè)備安裝過程中要注意陶瓷纖維模塊的錨固釘焊接的垂直度與焊腳高度符合相關(guān)圖紙及規(guī)范要求。注意陶瓷纖維大模塊鋪設(shè)的整齊性與縫隙符合要求。對于錨固釘焊接后的補(bǔ)漆，需在修補(bǔ)前對相關(guān)部位打磨干凈。

5 結(jié)束語

綜上所述，封閉式地面火炬是LNG 接收站最為關(guān)鍵的設(shè)備，承擔(dān)著處理LNG 接收站放空BOG 的重要作用?；鹁娴陌惭b直接決定了接收站整體安裝進(jìn)度。對于LNG 接收站碼頭工程，根據(jù)封閉式地面火炬的工作原理及組成結(jié)構(gòu)，制定切實(shí)可行的安裝路線，合理規(guī)劃作業(yè)的流程，嚴(yán)格預(yù)制質(zhì)量保證措施，可以在進(jìn)度、安全、質(zhì)量方面提高建設(shè)管理水平，大大改進(jìn)LNG接收站建設(shè)施工方式，圓滿完成LNG 接收站二期工程計(jì)劃工期目標(biāo)。本文總結(jié)的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，也可為同類型LNG 接收站碼頭卸料臂的安裝提供借鑒。