適用于高/低壓放空的新型火炬點火系統

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

?

適用于高/低壓放空的新型火炬點火系統

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

針對現有火炬點火系統在高/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。該點火系統保證了采氣站場放空的安全性、可靠性且能滿足環保要求，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]，影響生態環境[7]。放空火炬主要由放空立管、放空火炬點火系統等組成[8]。放空火炬點火系統根據點火氣源可分為有點火用燃料氣的點火系統和無點火用燃料氣的點火系統；根據點火方式可分為高空電點火系統、外傳火點火系統和內傳火點火系統[9]。氣田集輸站場工程放空火炬系統一般包括火炬筒體、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]。這種點火方式節約了運行維護成本，但是根據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較高。本文針對高/低壓放空點火系統存在的問題，提出了適用于高/低壓放空的新型火炬點火系統，可大大提高點火成功率，滿足站場安全放空及環境保護的要求。

1 新型火炬點火系統

1.1 系統組成

新型火炬點火系統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。新型火炬點火系統流程圖見圖1。

1.2 主要創新點

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

圖1 新型火炬點火系統流程圖

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主要創新點。

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信號后，系統自動啟動點火程序：當檢測到來氣壓力高于0.3 MPa(可現場設定)時，開啟防爆電磁閥組2，而防爆電磁閥組1處于關閉狀態，同時通過高空電點火裝置進行點火，當火焰檢測單元監測并發出“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信號后，系統自動啟動點火程序：當檢測到來氣壓力低于0.3 MPa(可現場設定)時，開啟防爆電磁閥組1，而防爆電磁閥組2處于關閉狀態，同時通過高空電點火裝置進行點火，當火焰檢測單元監測并發出“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，火焰檢測單元監測并發出“無火”信號，系統自動進入點火程序。

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

2 工程應用

該新型火炬點火系統根據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，很好地解決了現有火炬點火系統在高/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已在國內一些氣田項目、集輸項目推廣應用，如磨溪區塊龍王廟組氣藏60×108m3/a開發地面工程、克拉蘇氣田克深5區塊試采地面工程等，根據現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

針對現有站場點火燃料氣的放空火炬點火系統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。新型火炬點火系統較大地提高了點火系統的可靠性，保證了站場放空的安全，滿足了環保要求，為同類新建及擴建工程提供了參考，具有廣泛的應用前景。

[1] 李 俊，許 多，鄭 杰.油田放空天然氣回收利用探討[J].油氣田地面工程，2010，29(3):58-59. Li Jun, Xu Duo, Zheng Jie. Discussion on Natural Gas Venting Recycle in the Oilfield [J]. Oil-Gasfield Surface Engineering, 2010, 29 (3): 58-59.

[2] 魏忠昕，馬慧明，戴海林，等.火炬放空氣回收技術的研究與應用[J].現代化工，2015，35(2):133-135. Wei Zhongxin, Ma Huiming, Dai Hailin, et al. Research and Application of Torch Vent Gas Recovery Technology [J]. Modern Chemical Industry, 2015， 35 (2): 133-135.

[3] 楊發平，李時杰，萬衛東.普光氣田集輸火炬安全放空系統實用技術探討[J].天然氣工業，2009，29(6):98-101. Yang Faping, Li Shijie, Wan Weidong. Practical Techniques of Safety Venting of Flare Stack System at Puguang Gas Field [J]. Natural Gas Industry, 2009, 29 (6): 98-101.

[4] 王艷玲，于風葉，張鳳波.天然氣凈化廠火炬及放空系統設計的探討[J].天然氣與石油，2008，28(6):43-45. Wang Yanling, Yu Fengye, Zhang Fengbo. Discussion on Flare and Venting System Design in Natural Gas Purification Plant [J]. Natural Gas and Oil, 2008, 28 (6): 43-45.

[5] 晏 偉.輸氣站場放空系統設計思路[J].石油工程建設，2012，38(6):39-43. Yan Wei. Design Ideas for Venting System of Gas Transmission Station [J]. Petroleum Engineering Construction, 2012, 38 (6): 39-43.

[6] 楊振武，趙 偉，趙崇鎮.輕烴站放空火炬自動點火系統[J].石油機械，2006，34(8):71-72. Yang Zhenwu, Zhao Wei, Zhao Chongzhen. Automatic Ignition System of Light Hydrocarbon Station Flare [J]. China Petroleum Machinery, 2006, 34 (8): 71-72.

[7] 付 石.火炬點火系統的改進[J].新疆石油科技，2003，13(3):33-34. Fu Shi. Improvement of Flare Ignition System [J]. Xinjiang Petroleum Science & Technology, 2003, 13 (3): 33-34.

[8] 趙淑珍，胡道華.西氣東輸放空系統的設計與研究[J].天然氣與石油，2006，24(5):41-43. Zhao Shuzhen， Hu Daohua. Design of Venting System in West-to-East Gas Pipeline Project [J]. Natural Gas and Oil, 2006, 24 (5): 41-43.

[9] 陳玉梅，任建紅，薛文奇，等.站場放空火炬系統優化及改造[J].天然氣與石油，2014，32(2):81-83. Chen Yumei, Ren Jianhong, Xue Wenqi, et al. Optimization and Transformation of Natural Station Flare System [J]. Natural Gas and Oil, 2014, 32 (2): 81-83.

[10] 胡 玲，關昌凱，唐大威，等.天然氣處理廠火炬放空阻火設施的設置[J].天然氣與石油，2011，29(5):28-30. Hu Ling, Guan Changkai, Tang Dawei, et al. Setup of Indirect Fire Device in Flare System of Natural Gas Processing Plant [J]. Natural Gas and Oil, 2011, 29 (5): 28-30.

[11] 中華人民共和國建設部.石油天然氣工程設計防火規范：GB 50183-2004[S].北京：中國計劃出版社，2005. Ministry of Construction of the People’s Republic of China. Code for Fire Protection Design of Petroleum and Natural Gas Engineering: GB 50183-2004 [S]. Beijing, China Planning Press, 2005.

[12] 王銀山.油田火炬放空氣回收利用研究與實施[J].中國設備工程，2014，(5):14-17. Wang Yinshan. Research and Implementation for Recycling of Oilfield Flare Venting Gas [J]. China Plant Engineering, 2014, (5): 14-17.

[13] 余 洋，黃 靜，陳 杰，等.天然氣站場放空系統有關標準的解讀及應用[J].天然氣與石油，2011,29(5)：11-14. Yu Yang, Huang Jing, Chen Jie, et al. Interpretation and Application of Relevant Standards about Natural Gas Station Venting System [J]. Natural Gas and Oil, 2011, 29 (5): 11-14.

[14] 李常嶺.影響火炬自動點火的因素分析[J].化工自動化及儀表，2004,31(3)：75-76. Li Changling. Analysis of the Influence Factor of Flare Automatic Ignition [J]. Control and Instruments in Chemical Industry, 2004, 31 (3): 75-76.

[15] 張清軍，王 剛，周根來.火炬自動點火系統改造[J].工業控制計算機，2005,18(3)：61-63. Zhang Qingjun, Wang Gang, Zhou Genlai. Transformation of Flare Automatic Ignition System [J]. Industrial Control Computer, 2005, 18 (3): 61-63.

[16] 史德平，崔長虹，石志敏，等.火炬點火系統的改造[J].油氣田地面工程，2011,30(6)：56-57 Shi Deping, Cui Changhong, Shi Zhimin, et al. Transformation of Flare Ignition System [J]. Oil-Gasfield Surface Engineering, 2011, 30 (6): 56-57.

[17] 劉蘭芝，張三坤，楊建林.自動點火系統在低壓火炬的應用[J].化工自動化及儀表，2012，39(4):552-553. Liu Lanzhi, Zhang Sankun, Yang Jianlin. Application of Automatic Torch Igniting System [J]. Control and Instruments in Chemical Industry, 2012， 39 (4): 552-553.

[18] 中華人民共和國工業和信息化部.石油化工可燃性氣體排放系統設計規范:SH 3009-2013[S].北京:中國石化出版社，2014. Ministry of Industry and Information Technology of the People’s Republic of China. Design Specifications for Combustible Gas Discharge System in Petrochemical Industry: SH 3009-2013 [S]. Beijing: China Petrochemical Press, 2014.

[19] 趙孝保，周 欣.工程流體力學[M].南京：東南大學出版社，2004. Zhao Xiaobao, Zhou Xin. Engineering Fluid Mechanics [M]. Nanjing: Southeast University Press, 2004.

[20] 孫立君.放空火炬點火系統的優化設計[J].今日科苑，2008，(22):81. Sun Lijun. Optimal Design of Flare Ignition System [J]. Modern Science， 2008, (22): 81.

2015-12-30

中國石油天然氣集團公司安岳氣田磨溪區塊龍王廟組氣藏60×108m3/a開發地面工程(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