油田地面工程火炬的供電設計分析

劉 錕

（中國石油工程建設公司華東設計分公司，山東 青島 266000）

隨著經濟的發展，中國對石油需求的增長勢不可擋。2013年中國超越美國,成為全球第一大石油凈進口國，中國企業進行海外油氣勘探開發日漸增多。火炬作為油田必不可少的設施，其可靠、穩定的工作是油田安全生產的前提。針對火炬高溫環境和遠距離的特點，如何經濟合理的供電，是本文論述的重點。本文以中國企業2014年在伊拉克建成投產的某油田作為設計實例，從溫度、地形、用電負荷三方面進行論述說明。

1 工程條件

本項目地處伊拉克南部，亞熱帶沙漠氣候，夏季平均最高氣溫為55℃。火炬高度65m，其中高壓火炬放空氣體流速2500000Sm3/d，低壓火炬放空氣體流速600000Sm3/d。火炬距廠區圍墻250m，敷設至變電所的電纜長度為990m，根據API 521-2007計算其熱輻射半徑為190m。高低壓火炬下共設四臺75kW 的鼓風機（三用一備）。

2 溫度條件

在海外油田地面工程中，因為多方面原因，油處理和氣處理設施非同期建設，所以存在火炬常燃的情況，通常需要常燃數年。這與煉油化工廠的事故火炬是不同的，故火炬周圍的溫度很高，對電氣設備正常運行和維護帶來很大的困難。

根據API 521-2007 計算火炬對環境空氣溫度的影響，本項目火炬底部空氣溫度增加10℃。經現場實測，伊拉克當地冬季氣溫為10℃，火炬垂直下方溫度計顯示為64℃，而相同位置遮陽棚內溫度計顯示為23℃。距火源相同的距離，遮陽棚內外溫差41℃的原因是熱輻射被隔離。熱傳遞有三種方式：傳導、對流和熱輻射。熱輻射與空氣無關，熱量以電磁射線的方式直接加熱物體，這就說明如果在電氣設備與火源之間設置隔離物，火源熱輻射對電氣設備的影響并不大，主要是空氣溫度的影響，其次為周圍被加熱物體的熱輻射（如遮陽棚和地面）。

伊拉克夏季平均最高氣溫為55℃，如果配電箱設置在火炬底部，并采用遮陽棚的話，根據以上測量結果，配電箱內溫度會接近并超過大部分斷路器70℃的上限溫度。故火炬配電箱應安裝在火炬熱輻射范圍外（本項目熱輻射半徑為190m），以保證電氣設備的工作可靠性。

即使工程建設所在區域的環境溫度較低，設備表面溫度低于70℃，但考慮到火炬熱輻射，操作人員難以到達火炬底部進行正常操作和維護。配電設備也應設置在火炬熱輻射范圍之外。另外，火炬底部照度較高，同時因火炬熱輻射，建議火炬底部的鼓風機棚（遮陽棚）內不設照明燈具。

也有項目采用正壓通風的方式，以降低防爆配電箱的內部溫度。但火炬一般距廠區較遠，同時每個防爆箱需要較大且持續的儀表風，以尼日爾某油田為例，其防爆配電箱的用氣量為1m3/min。從經濟性和安全性考慮，正壓通風的方式不是最優方案。

3 用電負荷

火炬根據其氣體流速，一般分為音速火炬和非音速火炬。非音速火炬，需設鼓風機增加空氣比例和流速；而音速火炬一般用電負荷較小，僅需提供點火器電源。鼓風機的功率一般較大，又因火炬離廠區較遠，所以優選的方案是在廠區圍墻附近設置箱式變壓器，這樣既解決了遠距離線路壓降的問題，又可在箱式變壓器中設空調以解決電氣元件過熱的問題，同時更便于將來的廠區擴建。

以本項目為例，火炬總功率225kW，至變電所的電纜敷設路徑為990m。假如不設置變壓器而采用直接由變電所低壓配電的方案，將總配電箱設置在火炬熱輻射范圍外的廠區圍墻處。經計算，若線路壓降小于5%，則需要截面3×240+2×120mm2的低壓電纜4.5km，以及截面3×240mm2的低壓電纜1.2km。經計算，有功功率損耗ΔP為6.5kW，無功功率損耗ΔQ為5.5kvar，其經濟型和可靠性都不好。

4 地形條件

本項目火炬設在廠區防洪堤外，在安裝時需要考慮洪水位，本項目洪水線5.5m，所以配電箱需要設置在5.5m 之上，制作較高的基礎支架或者掛在管廊上，這給施工人員以及操作人員都帶來了困難。因此若設置箱式變壓器的話，需將其設置在防洪堤內。

5 結論

本案例火炬具有以下特點：①常年燃燒；②環境氣溫高；③用電負荷大。其供電條件的苛刻性高于大部分項目，具有典型性和指導性。從以上分析得出，無論從可靠性、經濟性以及實用性考慮，采 用箱式變壓器，并將其設置在火炬熱輻射范圍外的廠區圍墻處是本項目的優選方案。

從本案例中可以看出，在火炬配電設計時需要從以下方面考慮：①環境氣溫；②燃燒方式；③火炬類型；④用電負荷；⑤地形條件；⑥操作安全；⑦可擴展性。這些因素缺一不可，其優先級應由具體項目的特點確定。

考慮到火炬在石化企業中的重要和關鍵作用，作者建議無論是否為常燃火炬，都應將火炬的操作和配電設備安裝在火炬熱輻射范圍外，以保證突發事故發生時，運行人員能安全、便捷的操作和撤離。

[1] 陸林軍.大型石油化工裝置火炬系統的設置[J].上海化工,2006,31(11): 26-28.