油气集输用火炬的设计与采购.pdf

一 4 6 ． ■ 技术交流 石 油 和 化工 设备 2 0 1 1 年第1 4 卷 油气集输用火炬的设计与采购 张祥友 胜利勘察设计研究院有限公司工艺配管设计所，山东 东营 2 5 7 0 2 6 [ 摘 要]本文介绍了北非地区油田地面项 目中火炬应用情况，鉴于北非地区处于沙漠地带，地广人稀，工业欠发达，能源 价格较低，该地区的油田排放方式，首先选用冷排放系统，这是造价最低的一种方式，其他选用的方式依次为燃烧坑、 地面火炬、高架非无烟火炬、高架无烟火炬。 [ 关键词]北非；油 田地面工程；排放 系统；火炬；采购 在1 1 t 1 地区的石油开发项 目中，经常需要设置 火炬。国内油田出于节能和技术进步的原因，已基 本不用火炬 。本文结合作者在北非项 目中的实践， 对火炬的设计与采购进行若干总结，为该领域的技 术人员提供一些帮助。本文只介绍油田油气集输使 用的火炬 ，不涉及其它石化工厂使用的火炬 。 1火炬设施 火炬是用于燃烧油 田有关设施 中多余的或废 弃 的气体 的装置。火炬设施通常包括 火炬塔 、 火焰产生器两部分。火炬 的中心是带有燃烧器 的 火炬头 ，坐落于火炬 的最上端 ，以确保高温 火焰 与地面设施间的安全距离 。密封 ，位于火炬 头的 正下方，防止空气渗入火炬塔。 火焰发 生器产生火焰 ，通过点火管点燃火 炬 头里 的点火头 。火焰 产生器位于火炬一定距离的 安全位置，操作者可安全地点燃火焰产生器。 火 炬 支撑 方 式有 三种 自力 支撑 、绷 绳 支 撑 、钢架结构支撑 ； 自力支撑 ，在地面上 占地最 小；绷绳支撑需要三根绷紧的钢丝绳 ，在地面上 占地最大；大型火炬，一般采用钢架结构支撑 。 2火炬的种类 火炬分为无烟火炬和非无烟火炬 。非无烟火 炬实际上 是一个公用火炬或一个燃烧坑 。普通非 无烟 公用火炬 ，基本组成有火炬塔 、火炬头 、 密封 、火焰产生器 。燃烧坑通 过水平管收集废气 和液 体 ，把坑 中浮 在液 体表 面 的碳氢 化合物 烧 掉 。早期开发油 田时从地面上涌出的滚滚黑烟 ， 就是燃烧坑火炬 的明显标志。 无烟 火 炬 ，包 括蒸 汽助 燃火 炬 、 空气助 燃 火炬和高压气火炬 。无烟火炬 比普 通公用火炬复 杂、投 资高。蒸汽助燃火炬 ，将 蒸汽注入火炬 ， 产生湍流和 强烈 的富含空气的气火焰 ，可 以完全 将碳燃烧掉 。但 由于使用蒸汽 ，既增加了投 资， 又增加 了蒸汽损耗 。 空气助燃火炬需要鼓风机 ，需要双立 管， 内 立管是燃气立管，外立管是空气通道 ，投资也 比 较高 。还产生鼓风机 的运行 费用 。这种火炬 通常 使用在没有蒸汽的工厂 。 高压气火炬使用高压火炬气 ，在空气和燃 气 混合 区增加湍流 ，以使碳完全燃烧 。地面式 无 塔式 高压气火炬 ， 由一排火炬嘴 带燃烧 器的 火炬短管 ，其主管汇埋在地下 ，并有阀 门控制 去各火炬头 的气量 。这种 火炬 ，通过开启适当数 量 的阀门，以保持足够 的气流流过喷嘴的气 流速 度 ，以保证火炬无烟。这种方式可保证在全部流 量范围内无烟燃烧 ，而不需要其他辅助介质 ，缺 点是喷嘴易被烧化，因强烈的火焰距喷嘴很近。 3火炬气密封 系统 ． 气体 密封 器 是火 炬设 施 中防 回火 的 安全 设 备 。采用气体密封器可大大减少 吹扫气体用量 。 气体密封器 的主要功能是在一定量 的密封气体作 用下，可保证火炬设施处于待命 在排放气中断 后 或 小流量运行状态时，阻止 空气倒流进火炬 简体 内，确保再次排放时不会发生回火或爆炸 。 气体密封器通 常分两种 分子密封器 简称 分子封 和流体密封器 或称动 态密封器 、速度 密封器。 1 分子密封器 。分子密封器是一个单独 的 设备 ，安装在火炬头和火炬筒体问。当火炬处于 待命或小流量运行状态时 ，在分子密封器入 口前 端连续通入分子量较 空气轻的吹扫气 体 氮气 、 天然气 ，利用 吹扫气体 的浮力在分子密封器 的 作者简介张祥友 1 9 6 2 一，男， 大学本科， 高级工程师、 注册油气工程师。在胜利油田胜利勘察设计研究院有限公司工艺 配管设计所工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第7 期 张祥友油气集输用火炬的设计与采购 ．． 4 7．． 钟罩 内形成一个压力高于大气压 的微正压 区域 ， 使空气不能进入压力较高 的火炬 内，从而阻止 回 火或 内部爆炸。 2 流体密封器 。在火炬头内部设置多层锥 形折流挡 板所形成的气 体密封型式称 为流体密封 器 。其 工作原理是在流体密封器入 口前端连续 通入一定量的吹扫气体，利用吹扫气体在锥形折流 挡板出口处形成 的速度动力封 以有效阻止空气进一 步进入火炬简体 内，从而防止回火或内部爆炸。 4如何设计火炬 设计者 承包商 首先应 了解火炬气 的基本 数据 ，如 流量 、温度 、压力 、化学成 分等 。同 样还应知道 ，按照 当地法律和业主要求 ，是否需 要无烟火炬 ，这对投资 的影 响较大 。在工厂 日常 运行 中，火炬气 的流量相对于事故状态 时的气体 排放流量要小很多 ，推荐 的做法是 正常工作状 态 正常火炬气流量 下 ，无烟燃烧 ；非正常状 态 最大火炬气流量下 ，可 以非无烟燃烧 ，这 要经过业主批准 ，并符合 当地法律 。 其他重要参数 1 进 口压力，是确定塔管 直径的主要参数； 2 火炬头材料 ，通常为3 1 0 不锈钢 ，一般取决于使用情况和业主选择 整，个 火炬头是不锈钢，还是部分为不锈钢 。 3 地面 辐射 。其要求将影响火炬塔的高度 。要求 的地面 辐射越低 ，火炬塔的高度越 高。 4 热密度传播 系数 ，又称辐射 系数，也用来确 定塔的高度 。该 系数取 决于火炬气 的性质，碳一 氢的 比率越 高， 此 系 数越 大 。若 没有 明确 的辐 射 系数 ，通 常 取 0 ． 2 5 。 5 燃料气 出口速度 ，也影响塔高 。出口 速度越 高，塔 高越低 。但 出 口速度 不能太 高，太 高火焰会被吹跑。早期限度为0 ． 2 马赫 ，目前为0 ． 2 到1 ． 0 马赫 。若没有合适的出口速度参数，可取0 ． 5 马赫。 6 风速 ，它影响塔高和辐射界限范围一 火焰影响的区域。 7 支撑方式 ，绷绳 、 自支撑 或钢结构架支撑。 5评标 要求 收到火炬投标资料后 ，必须对承包商 的标书进 行评定 。可 以列出主要参数 ，检查承包商的参数是 否满足要求。承包商的标书必须 明白无误地表明符 合业主的要求 。必须仔细检查承包商提供的信息。 承包商的吹扫一 点火用气量是最重要的评估事项 ， 因吹扫一点火 的用气量关系到使用能源 的效率。厂 家提供的参数应当在行业内处于先进水平 。 6火炬采购流程 主要有 1 准备 工艺数据表 ； 2 准备 技术规格书和机械数据表； 3 准备技术和商务 要求 ； 4 评 标 ； 5 标书澄清会 ； 6 授 标 ； 7 采购合 同和满足要求 的确认 ； 8 厂 家文件检查； 9 性能试验。 7北非地 区选用火炬 的原则 1 考 虑使 用冷排放 系统 ，它一般 处理压 力容器产生 的排放 。冷排放指不产生火焰 。冷排 放系统是造价最低 的一种方式 。为了保证气体 能 充分扩散 ，冷排放应该高架起来 ，一般情况下 ， 特别是对于有毒气体 ，必须进行扩散计算 。因为 这种方式没有火焰 ，不容易被观察到 ，应特别注 意 不要 使气 体被 交通 车 辆等 引燃 。只有 气体 的 MW 6 0 且硫化氢含量 0 ． 5 ％时才 能使用 ，液体和 两相流禁止使用 。气 体的流速应大于 1 5 0 m／ s ，否 则扩散效果不好 。气体温 度大于其 自燃 点也不应 使用该方式。气体 的流量应 小于8 ． 5 MS m ／ a 。 2 考虑使用燃烧坑 。因造价较低，适用于 间断排放 。其气体扩散能力低于地面火炬，产 生 的辐射 高于地面火炬 ，缺 点是 占地面积较 大。对 于酸性和有毒气体严禁使用 。 3 考 虑使 用地面火 炬 。如果环 境对热辐 射 、噪音 、光照没有特别 要求，就可 以使用地面 火炬 。这样 可以节 省火炬 支架 ，降低投 资。其缺 点是难 以适应气体流量 的大 幅度变化 ，火焰和有 毒气体难 以扩 散等。在西 亚北非地 区，由于地广 人稀 ，有充足 的场地来避 免这些缺 点。在场地受 限制的地区，可以使用带安全围护的地面火炬 。 4 考虑使用高架非无烟火炬。若当地法律 没有对燃烧提 出无烟要求 ，就可 以使用非无烟火 炬 。高架非无烟火炬是一种使用广泛 的方式 ，气 体扩散效果好 ，辐射低 ，尤其适用于酸性和有毒 气体排放。由于需要高架 ，所以造价较高 。 5 考虑使用无烟火炬 。若当地法律或业主 要求排放物必须无烟燃烧 ，那就只好采用无烟火 炬 。无烟火炬需要增加风机和控制系统 ，增加造 价 。即使使用无烟火炬 ，一般也只考虑正常操 作 状态时无烟燃烧，而不考虑事故排放时的工况。 ◆参考文献 [ 1 】袁恩熙． 工程流体力学【 M] 匕 京石油工业出版社，1 9 8 6 ． [ 2 ] 苗承武等． 油气集输设计技术手册[ M】 ． 北京石油工业出 版社 ，1 9 9 4 ． [ 3 ] A P I Re c o mme n d e d P r a c t i c e 5 2 1 ， ” A P I R P 5 2 1 1 9 9 7 g u i d e f o r p r e s s u r e r e l i e vi n g a n d d e p r e s s i n g s y s t e ms ， ”F o u r t h E d i t i o n ， Ma r c h 1 9 9 7 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m