高壓火炬系統(tǒng)氮封優(yōu)化

姜東（中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司克拉油氣開發(fā)部，新疆 庫爾勒 841000）

1 火炬系統(tǒng)簡介

克深天然氣處理廠火炬為孔達(dá)火炬（音速火炬），分為高壓火炬和低壓火炬，由筒體、火炬頭、點(diǎn)火系統(tǒng)、自控系統(tǒng)等組成。高壓火炬設(shè)計(jì)排放量1700×104m3/d，低壓火炬設(shè)計(jì)排放量200×104m3/d。高壓放空系統(tǒng)來源為集氣裝置、脫水脫烴單元、脫固體雜質(zhì)單元、外輸單元、凝析油單元高壓放空氣體。放空管線設(shè)計(jì)管徑為DN700，壓力2.5MP。

火炬工藝管道流程圖

2 高壓火炬氮封介紹

孔達(dá)火炬采用速度封（分子封），防止空氣進(jìn)入到火炬系統(tǒng)中，形成混合的爆燃?xì)怏w。由于天然氣的密度小于空氣密度，所以必須采取密封來防止空氣倒流入火炬。分子封采用一定壓力與流量的天然氣通過火炬頭底部來實(shí)現(xiàn)密封,當(dāng)速度封氣流的上升速度大于空氣向下擴(kuò)散的速度時(shí)就可以起到密封作用。一般采用不含氧的氣體，如氮?dú)狻⑻烊粴?。我廠即采用上述兩種氣體作為密封氣體，其中天然氣為常用，氮?dú)鉃閭溆谩?/p>

圖1 高壓火炬氮封示意圖

3 高壓火炬氮封工藝流程及參數(shù)

燃料氣自系統(tǒng)來，壓力為0.38Mp，氮?dú)庾韵到y(tǒng)來壓力維持在0.4—0.6Mp。燃料氣直接進(jìn)入火炬筒體實(shí)現(xiàn)分子封的功能，氣路上的壓力變送器會(huì)將檢測到的壓力傳至高壓火炬控制盤，實(shí)時(shí)監(jiān)測燃料氣壓力的變化。當(dāng)燃料氣系統(tǒng)出現(xiàn)問題壓力持續(xù)下降時(shí)，壓力小于0.2Mp，控制盤上的燃?xì)鈮毫Φ蛨?bào)警燈亮，此時(shí)控制器會(huì)給氮?dú)庋a(bǔ)壓閥一個(gè)開信號(hào)，氮?dú)庋a(bǔ)壓閥開啟，氮?dú)膺M(jìn)入火炬筒體進(jìn)行吹掃，始終維持火炬筒體內(nèi)微正壓的環(huán)境。當(dāng)燃?xì)鈮毫謴?fù)到0.2 Mp 以上時(shí)，氮?dú)庋a(bǔ)壓閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。如果氮?dú)庋a(bǔ)壓閥沒有自動(dòng)開啟，那么控制盤上有手動(dòng)開關(guān)按鈕，可以實(shí)現(xiàn)人工補(bǔ)壓的目的。（見圖2）

4 高壓火炬氮封存在的問題

自動(dòng)化維護(hù)人員對(duì)高壓火炬進(jìn)行檢查，在對(duì)高壓火炬氮封功能測試時(shí)發(fā)現(xiàn)氮封裝置控制回路存在缺陷，會(huì)影響火炬的安全運(yùn)行。氮?dú)庋a(bǔ)壓切斷閥只能在控制柜上進(jìn)行手動(dòng)開關(guān)操作，補(bǔ)壓切斷閥無法自動(dòng)開關(guān)對(duì)氮封裝置進(jìn)行補(bǔ)壓。在這種控制邏輯下，當(dāng)火炬燃?xì)鈮毫Φ蜁r(shí)氮封裝置沒有報(bào)警，會(huì)造成回火；火炬熄滅時(shí)會(huì)造成空氣倒流到火炬筒內(nèi)形成可爆炸的混合氣體，當(dāng)火炬再次點(diǎn)火時(shí)會(huì)內(nèi)部爆炸，危及火炬的安全。

圖2 高壓火炬分子封原理圖

5 氮封失效原因分析

針對(duì)上述問題，進(jìn)一步測試，發(fā)現(xiàn)主要原因如下：

1)高壓火炬壓力高、壓力低報(bào)警值參數(shù)設(shè)置不合理，燃料氣正常運(yùn)行壓力為3.8bar，而燃?xì)鈮毫Φ驮O(shè)定值為4.0 bar，死區(qū)直為1.0 bar，通過模擬信號(hào)測試，當(dāng)燃?xì)鈮毫Ω哂?.0 bar 時(shí)燃?xì)鈮毫Φ桶療舨帕?，這種情況下燃?xì)鈮毫o法實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈮毫Φ蛨?bào)警功能。

2)高壓火炬控制盤的控制回路存在缺陷。當(dāng)通過754手操器給定與控制參數(shù)相符的模擬信號(hào)時(shí)，氮?dú)庋a(bǔ)壓切斷閥也無法自動(dòng)開啟，只能在控制柜上進(jìn)行手動(dòng)開關(guān)操作，對(duì)裝置進(jìn)行補(bǔ)壓。

3)在投產(chǎn)前只有設(shè)備廠家對(duì)高壓火炬的氮封功能進(jìn)行測試，并提交給用戶調(diào)試報(bào)告（工藝部有存檔），用戶并沒有對(duì)測試報(bào)告的真實(shí)性進(jìn)行檢驗(yàn)測試。投產(chǎn)后在年度檢修時(shí)也沒有對(duì)火炬的氮封功能進(jìn)行測試驗(yàn)證，造成火炬氮封功能存在缺陷，火炬運(yùn)行過程中存在安全隱患。

6 高壓火炬氮封優(yōu)化改造方案

1)查找控制器說明書，調(diào)整氮封控制柜安全柵（倍加福KFD2-CRG2-EX1.D)的報(bào)警參數(shù)。將原燃?xì)鈮毫Φ蛨?bào)警值由4.0 bar改為3.0 bar；死區(qū)值由1.0bar改為0.5bar，當(dāng)燃?xì)鈮毫Φ陀?.5 bar時(shí)，控制柜燃?xì)鈮毫Φ蛨?bào)警燈亮。

2)優(yōu)化控制回路。查找安全柵電路圖，對(duì)氮封控制閥線路進(jìn)行改造，將安全柵的16號(hào)端子與切斷閥的24號(hào)端子相連，17號(hào)端子與21號(hào)端子相連。當(dāng)燃料氣路上壓力變送器監(jiān)測到壓力低時(shí)，電信號(hào)會(huì)傳給壓力低報(bào)警燈，同時(shí)由于對(duì)線路進(jìn)行改造之后，電信號(hào)也會(huì)通過重新連接的線路傳遞給氮?dú)庋a(bǔ)壓閥，導(dǎo)通控制回路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)壓。

圖3 高壓火炬控制盤電路圖（紅、綠線為改造線路）

3)增加高壓火炬燃料氣現(xiàn)場壓力變送器至主控室信號(hào)傳輸功能。以便運(yùn)行人員及時(shí)觀測火炬燃?xì)鈮毫ψ兓?，到現(xiàn)場查看氮封補(bǔ)壓切斷閥開關(guān)情況，同時(shí)及時(shí)排查燃料氣壓力變化原因，提高火炬區(qū)域的安全。

4)加大自身的管理力度，對(duì)新建、改建、擴(kuò)建設(shè)備，在裝置投產(chǎn)過程中，用戶必須親自參與對(duì)所有自控設(shè)備的聯(lián)鎖、保護(hù)功能進(jìn)行測試，測試時(shí)考慮實(shí)際工況，保證裝置聯(lián)鎖完好有效。防止出現(xiàn)設(shè)備與設(shè)計(jì)不符，設(shè)計(jì)與實(shí)際工況不符等情況的出現(xiàn)。

7 結(jié)語

經(jīng)過以上改造，高壓火炬氮封失效問題被解決，將火炬的安全性提升了一個(gè)等級(jí)。同時(shí)對(duì)低壓火炬進(jìn)行測試，未發(fā)現(xiàn)與高壓火炬同樣的情況。通過此類問題，聯(lián)想到全場自動(dòng)控制是否還有同樣的缺陷存在，為后續(xù)的管理以及工作給出了指導(dǎo)意義。