放空火炬点火系统的优化设计 火炬点火系统

　　摘要:围绕节能降耗详细论述了放空火炬点火系统的优化设计。设置自动点火设施，熄灭长明灯；对排放气体频率少的火炬采用延时点火来代替连续的气体密封功能。 　　关键词:天然气;火炬;节能降耗;长明灯;吹扫;燃烧
　　
　　放空火炬是石油、化工、天然气工程的重要安全设施，它的正常运行对于这些工程的生产和安全至关重要。同时，火炬又是能源消耗及环境污染大户，如每年通过一座中等规模（如放空量为390x104m3/d）的高架放空火炬（本文简称火炬）因需要点火和气体密封而消耗的燃料气价值约150万元左右，这其中包括长明灯的燃料消耗、以及采取气体密封需要连续吹扫气的燃料消耗。
　　为达到节能降耗、降低环境污染，需要对火炬的点火系统进行优化设计，即在火炬设施中设置自动点火功能、“熄灭长明灯”，采用延时点火、取消连续吹扫的气体密封。
　　
　　一、设置自动点火设施，“熄灭长明灯”
　　
　　通常我们可以采用燃料气和空气强制混合电点火和密闭传焰的点火系统，这种点火系统主要由点火器、传焰管和长明灯组成，如图1所示。点火器一般布置在火炬附近的地面上，点火器上设有点火用燃料气和压缩空气的控制阀、限流孔板和压力表，用来使燃料气和压缩空气混合达到爆炸范围。升压变压器（或压电陶瓷电源）和点燃室用来产生点火的火源。通过敷设在火炬筒体或其支架上的传焰管，用于储存爆炸范围内点火用混合气体和将爆炸（又称爆燃）后的火种传递至火炬顶端点燃长明灯。
　　此种点火方式在设计、燃料气组分、气体质量等方面要求苛刻，它需要在传焰管内充满爆炸性气体后，方能按动按钮，发生电火花。若按动电钮发生火花后，不能点燃长明灯时，首先应分析原因，不宜连续按动按钮，一般首次发生电火花没有点燃长明灯的原因，多数是引火管内没有形成爆炸性气体或没有被爆炸性气体充满，这样电火花只能点燃传焰管下部的气体，而不能将火种传至火炬顶端点燃长明灯，为此应根据火炬高度停15～20s或稍多些时间，使传焰管内的燃烧产物排除，新的燃料气和空气被输入，待其形成的爆炸性混合气体充满传焰管后，再次按动电钮发生电火花。由于操作上的不便以及紧急事故时，火炬作为重要的安全措施却不能在气体放空时及时点燃，为保证万无一失点火就采取了长明灯不灭的方式，对一个放空量为390x104m3/d的放空火炬，需要配置3只长明灯，每只长明灯的燃料气的消耗量是14m3/h，一年共要消耗的燃料气36.79 x104m3，按现在2.5元/m3的价格进行计算一年要损失92万元，经济损失相当可观。
　　
　　为了减少能源的浪费，降低成本，提高经济效益，使火炬做到清洁生产和安全运行，要尽可能“消灭长明灯”，所谓“消灭长明灯”并非是不设置长明灯，在投用时要做到平时放空气不排放，长明灯熄灭，工艺生产必要时或事故状态时及时点燃火炬，安全排放火炬气。因此根据这一要求，需要对点火系统进行优化，设置自动点火设施，达到“熄灭长明灯”的目的。
　　自动点火系统主要由控制箱、压力变送器（或流量变送器）、电点火器、火焰检测装置、电磁阀等组成，如图2所示所示。
　　火炬的排放气管道上设置压力变送器（或流量变送器），压力（或流量）信号作为点火触发信号。火炬放空时，安装在放空管道上的压力变送器（或流量变送器）产生的压力（或流量）信号传到控制箱中的主控器，主控器控制开启引火筒燃料气阀，启动高空点火器，安装在引火筒下部的点火电嘴产生电火花，电火花点燃引火筒中的燃料气，再点燃火炬。热电偶或紫外线火检器检测到火焰，将信号送至控制箱中的主控器，主控器控制关断引火筒燃料气阀、高空点火器；若由于外部环境恶劣，火炬意外熄灭，热电偶或紫外线火检器将检测到的信号传至控制箱，控制箱执行报警及再次点火的动作程序。热电偶或紫外线火检器在点火状态下处于检测状态，并不断进行信号反馈。点火完毕后，火焰探测器、压力（流量）变送器处于检测状态，而高空点火器、电点火器、电磁阀等处于待命状态，有效地延长了其寿命。
　　在石油、化工、天然气工程中，由于各站场的工况多种多样，各不相同，所以对于事故放空火炬、因其操作不频繁，当不含有H2S（酸性气），采用自动点火装置代替“长明灯”是一个有效节能的措施。
　　
　　二、采用延时点火、取消连续吹扫的气体密封
　　
　　气体密封是用一定量的吹扫气体通过火炬，使火炬在无火炬气排放时维持正压，防止空气进入火炬系统，保证操作安全。吹扫气体主要用氮气或燃料气。吹扫气体的用量与火炬筒体直径及吹扫气体的分子量有关。对于一个放空量390×104m3/d的事故放空火炬，当没有氮气来源，而使用燃料气当作吹扫气体时，按27m3/h的天然气进行连续的吹扫，每年需要消耗23.65x104 m3的天然气，按现在2.5元/m3的价格进行计算一年要损失59.1万元，即浪费了能源、增加了环境污染，又有可能在窝风处存在安全隐患。为此在上面叙述的自动点火系统中，设置一延时程序，即火炬放空时，安装在放空管道上的压力变送器（或流量变送器）产生的压力（或流量）信号传到控制箱中的主控器，根据计算放空气到达火炬头顶部所需要的“安全吹扫时间”进行延时，主控器控制开启引火筒燃料气阀，启动高空点火器，点燃引火筒中的燃料气，引火筒引燃火炬。通过延时点火可取消气体密封所消耗的天然气。
　　延时点火方法适合于放空气体排放次数不太频繁、工况稳定的情况，特别适合事故火炬的点火。
　　
　　三、结束语
　　
　　本文以围绕节约能源、降低环境污染为中心，叙述了优化放空火炬的点火系统，对于一个放空量为390×104m3/d的事故放空火炬，通过改进每年可节约23.65x104 m3燃料气，价值约150万元人民币；并且此方法已在一FJLNG输气干线工程中得以应用；但本文中尚未涉及火炬气的回收设施、自动点火设施无法代替长明灯时使用节能型长明灯等方面的探讨。
　　面对世界能源的紧缺、节能降耗势在必行，我们在油田工程的设计和建设中必须给予更多的关注、考虑和付出。
　　
　　参考文献
　　1． 石油化工设计手册第4卷化学工业出版社