1.4高低壓放空分液系統(tǒng)

??? 放空分液系統(tǒng)設(shè)置3套分液罐：高壓分液罐、低壓分液罐與高低壓備用分液罐。高壓分液罐操作壓力不大于330 kPa，進(jìn)口溫度介于-31～99℃，出口溫度介于4～99℃，分離直徑不小于600 μm的液滴，內(nèi)設(shè)2臺(tái)U形管束加熱器，加熱介質(zhì)為0.4 MPa的飽和蒸汽，用于進(jìn)一步深度分離東西區(qū)高壓放空管網(wǎng)在大排量放空時(shí)產(chǎn)生或者攜帶的部分液體。低壓分液罐操作壓力不大于100 kPa，進(jìn)口溫度介于-31～99℃，出口溫度介于4～99℃，能夠分離直徑不小于600μm的液滴，用于進(jìn)一步深度分離東西區(qū)低壓放空匯管在大排量放空時(shí)產(chǎn)生或者攜帶的部分液體。高低壓備用分液罐為高壓或者低壓放空分液罐故障時(shí)的備用裝置，以高壓放空標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，東西區(qū)高壓管網(wǎng)與低壓管網(wǎng)設(shè)置聯(lián)通線，進(jìn)入備用分液罐，實(shí)現(xiàn)裝置不停工檢修，且3套分液罐內(nèi)部均帶有加熱器可進(jìn)行升溫，將分液罐和加熱器融合為一個(gè)設(shè)備，節(jié)省了投資與占地。

??? 帶加熱器的高低壓放空分液系統(tǒng)最大限度地保證了放空系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，能有效防止放空氣攜帶液體進(jìn)人火炬系統(tǒng)形成火雨現(xiàn)象。

2?特大型高含硫天然氣凈化裝置的火炬系統(tǒng)

2.1火炬系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

??? 普光氣田天然氣生產(chǎn)與商品天然氣外輸必須具備連續(xù)性，這要求普光凈化廠l2系列天然氣凈化裝置不能同時(shí)停工，凈化廠火炬系統(tǒng)亦不得停工。為此，普光凈化廠火炬系統(tǒng)設(shè)置了2座鋼結(jié)構(gòu)支撐三角形火炬塔及4套火炬系統(tǒng)^[9]，單座火炬塔同塔架敷設(shè)高低壓火炬各l套，l座火炬塔架支撐1只高壓火炬與l只低壓備用火炬，另1座火炬塔支撐l只低壓火炬與l只高壓備用火炬。高壓火炬與備用高壓火炬筒體直徑為1100mm、總高度為l39m；低壓火炬筒體直徑為900mm、總高度為139m。高低壓火炬均由火炬水封罐、地面爆燃器、流體密封器、火炬頭及其他附件組成，備用高低壓火炬則在高低壓水封罐、放空筒體等部件需要檢修時(shí)，將高低壓系統(tǒng)切人備用火炬系統(tǒng)(圖3)。

??? 對(duì)火炬放空工況下的熱輻射、噪音等進(jìn)行模擬與計(jì)算研究，確定火炬的安全高度為209 m(塔架l39 1TI+山體基礎(chǔ)70 m)，2座不同時(shí)停工火炬問(wèn)的最大熱輻射按照4.7 kW/m²來(lái)確定，2座火炬塔架之問(wèn)的間距為l40 m，滿(mǎn)足允許熱輻射強(qiáng)度不高于1.58 kW/m²的安全距離^[10]，實(shí)現(xiàn)當(dāng)高低壓火炬出現(xiàn)故障時(shí)，高低壓火炬即可切換至備用火炬，1座火炬塔架上的高低壓火炬正常運(yùn)行，另l座火炬塔架上的高低壓火炬筒體或火炬頭進(jìn)行檢修，形成火炬不停工輪番檢修模式，同時(shí)，也可最大限度地減少山區(qū)火炬場(chǎng)地的平整工作量。

2.2高低壓火炬密封、防回火技術(shù)

??? 天然氣凈化裝置正常運(yùn)行時(shí)放空管網(wǎng)與火炬處于微正壓，當(dāng)出現(xiàn)大排量放空后，火炬筒體內(nèi)可能出現(xiàn)負(fù)壓，導(dǎo)致空氣從火炬頭倒吸入筒體內(nèi)，形成爆炸性混合氣體，從而產(chǎn)生火炬回火，甚至引發(fā)爆炸事故^[11]。

??? 普光凈化廠高低壓火炬系統(tǒng)均設(shè)置水封與火炬頭流體密封。火炬頭流體密封器采用3層動(dòng)態(tài)密封形式，連續(xù)向火炬筒體內(nèi)引入一定流量燃料氣作為密封氣體，以保持筒體內(nèi)的微正壓，有效防止空氣回竄發(fā)生回火事故；水封系統(tǒng)包括高壓、低壓水封、高低壓備用水封以及配套的補(bǔ)水系統(tǒng)。放空管網(wǎng)高低壓放空氣經(jīng)分液后進(jìn)入火炬水封罐，沖破水封后進(jìn)入火炬筒體，將放空管網(wǎng)與火炬燃燒部分安全分離，即使發(fā)生回火事故，火焰?zhèn)鞑ブ了饷婕幢蛔柚?；?dāng)發(fā)生大排量放空時(shí)，放空氣會(huì)攜帶大量的密封液體，造成水封失效。普光凈化廠水封系統(tǒng)采用2種補(bǔ)水并聯(lián)方式，正常工況下液位由液位調(diào)節(jié)閥與溢流裝置控制，大排量放空時(shí)，聯(lián)鎖開(kāi)啟補(bǔ)水緊急切斷閥，保持水封的有效高度，保護(hù)放空管網(wǎng)系統(tǒng)與天然氣凈化裝置的安全運(yùn)行。

2.3三重保障點(diǎn)火技術(shù)

??? 普光凈化廠高低壓火炬采用長(zhǎng)明燈形式，確保排放氣的安全點(diǎn)燃^[12]，且每只火炬均設(shè)置1套高空電點(diǎn)火、地面爆燃型點(diǎn)火裝置與4只長(zhǎng)明燈，每只長(zhǎng)明燈均設(shè)置雙鎧裝熱電偶監(jiān)控運(yùn)行，由溫度信號(hào)作為點(diǎn)火觸發(fā)信號(hào)，采用“2選1”表決，低溫時(shí)將發(fā)出長(zhǎng)明燈熄滅報(bào)警。

??? 普光凈化廠火炬采用三冗余點(diǎn)火控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)中心控制室遠(yuǎn)程點(diǎn)火和現(xiàn)場(chǎng)就地點(diǎn)火。根據(jù)控制室遠(yuǎn)程PLC點(diǎn)火設(shè)置，低溫熄火報(bào)警可自動(dòng)觸發(fā)高空點(diǎn)火系統(tǒng)自動(dòng)點(diǎn)燃長(zhǎng)明燈，亦可在控制室手動(dòng)觸發(fā)高空點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火；若在預(yù)設(shè)延遲時(shí)間后，長(zhǎng)明燈低溫仍在報(bào)警，將發(fā)出點(diǎn)火失敗的報(bào)警信號(hào)?？刂剖疫h(yuǎn)程點(diǎn)火失效，可采用現(xiàn)場(chǎng)地面爆燃方式引燃火焰爆燃管內(nèi)的可燃混合氣體，爆燃火焰在管道內(nèi)傳遞到相應(yīng)的長(zhǎng)明燈上，點(diǎn)燃長(zhǎng)明燈，確?；鹁纥c(diǎn)火成功。

2.4 瓣?duì)疃帱c(diǎn)伴燒酸性氣火炬頭

??? 火炬頭主要由火炬主體、燃燒器伴燒系統(tǒng)、旋風(fēng)裝置、密封裝置及長(zhǎng)明燈組成?；鹁骖^的設(shè)計(jì)溫度為800℃，設(shè)計(jì)壓力為常壓，主體材質(zhì)為3lOSS，其余材質(zhì)為304SS。通過(guò)放空管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，控制到達(dá)火炬頭的馬赫數(shù)不大于0.3。同時(shí)，通過(guò)多點(diǎn)燃料氣伴燒，可確保放空氣體在火炬頭的燃燒穩(wěn)定性和高分解率，滿(mǎn)足安全和環(huán)保要求。

??? 火炬頭主體為管狀結(jié)構(gòu)，管頂側(cè)面設(shè)8個(gè)成瓣?duì)罘植嫉娜紵^，上部開(kāi)有狹長(zhǎng)的火炬氣出口槽，兩側(cè)設(shè)有均布的聚火塊穩(wěn)焰器?；鹁鏆膺M(jìn)人火炬頭后，流到端部封板處分成8股從出口槽噴出?；鹁鏆獬隹诓鄣莫M長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，可增大火炬氣和空氣的接觸面積，提高燃燒效率。同時(shí)，可利用穩(wěn)焰器形成的多排環(huán)形小火來(lái)確保火炬氣的火焰穩(wěn)定，防止火炬氣脫火。

??? 伴燒系統(tǒng)由燃料氣管、伴燒分配器、伴燒氣分支管、伴燒燃燒器組成。伴燒分配器為環(huán)管結(jié)構(gòu)，通過(guò)伴燒氣分支管和伴燒燃燒器相連。伴燒分配器可將伴燒燃料氣均勻分配到設(shè)有若干噴孔的伴燒燃燒器上，所有噴孔均面向火炬氣出口槽。伴燒燃料氣從伴燒燃燒器向火焰方向噴出，同時(shí)引射周?chē)目諝夤餐瑓⑴c燃燒。在每個(gè)燃燒頭的兩側(cè)各設(shè)有一排伴燒燃燒器，兩側(cè)伴燒燃燒器兩兩相對(duì)，可使伴燒燃料氣及引射的空氣對(duì)撞沖擊火炬氣，加強(qiáng)燃料氣、引射空氣和火炬氣的混合效果，在火炬氣出口槽的頂部形成高溫火焰，促使硫化氫燃燒完全。

??? 旋風(fēng)裝置由旋風(fēng)罩、旋風(fēng)支撐裝置組成。旋風(fēng)罩為繞火炬頭中軸線呈旋風(fēng)式分布的多塊梯形板，可使旋風(fēng)罩周?chē)膫?cè)風(fēng)通過(guò)梯形板由下而上掠過(guò)燃燒頭，不僅消除了頂部側(cè)風(fēng)形成的“負(fù)背壓”而使火炬氣火焰倒伏的可能性，而且還將頂部側(cè)風(fēng)由下而上導(dǎo)入燃燒頭之間，有助于火炬氣燃燒。同時(shí)，旋風(fēng)罩的設(shè)置還有助于保護(hù)火炬頭的主體部分和設(shè)于其內(nèi)的伴燒分配器和伴燒氣分支管，成為火炬頭“防護(hù)罩”。

3?結(jié)論

??? 1)普光凈化廠放空系統(tǒng)解決了高壓大排量天然氣放空的低溫工況應(yīng)力問(wèn)題，且在國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用具有專(zhuān)利的帶加熱器的分液罐，適宜于放空后溫度驟降到零度以下的放空系統(tǒng)。

??? 2)在大型天然氣凈化裝置安全連鎖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)模擬計(jì)算得到普光凈化廠火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，突破常規(guī)全量放空設(shè)計(jì)思路，合理計(jì)算和設(shè)置火炬管網(wǎng)和火炬放空設(shè)施，既滿(mǎn)足了天然氣凈化裝置的安全運(yùn)行要求，又有效降低了放空管網(wǎng)和火炬系統(tǒng)的尺寸、占地面積與設(shè)備投資。

??? 3)建成不停工檢修的放空火炬系統(tǒng)，滿(mǎn)足特大型石油化工企業(yè)或大型氣體處理廠等對(duì)高低壓火炬系統(tǒng)不間斷平穩(wěn)運(yùn)行的苛刻要求。

??? 4)采用大型火炬密封、三冗余點(diǎn)火技術(shù)與瓣?duì)疃帱c(diǎn)伴燒酸性氣火炬頭，實(shí)現(xiàn)最大泄放量75×10⁴ m³/h的高含硫天然氣安全泄放、高效燃燒，確保百億方級(jí)高含硫天然氣凈化廠長(zhǎng)期安全運(yùn)行。

5)普光高含硫天然氣凈化廠大排量安全放空與火炬系統(tǒng)，創(chuàng)新優(yōu)化放空火炬系統(tǒng)配置，投產(chǎn)運(yùn)行后安全平穩(wěn)，為新建或改擴(kuò)建大型天然氣凈化廠提供了參考，具有良好的推廣應(yīng)用前景。?

本文作者：張曉剛¹?范冬立²?劉新嶺¹趙毅^l?劉露^l ?陳紅旗¹

作者單位：1.中國(guó)石化中原油田普光分公司2.中國(guó)石化中原油田測(cè)井公司

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