天然气放空火炬分析解析

2018年11月天然气净化厂火炬及放空系统设计的探讨李金彪（大庆油田工程有限公司，黑龙江大庆163453）摘要：随着我国社会经济的发展，人们对于石油天然气行业的要求越来越高，其中最主要的体现就是对于安全性能的重视，正是因为如此，原本在净化厂中处于附属设施地位的火炬及放空系统已经逐渐演变成了净化厂的重要组成部分，因此火炬和净化厂的设计就越来越受到重视。

基于这种情况，本文对于净化厂中火炬和放空系统设计过程中的一些注意事项展开了探讨，以供参考。

关键词：放空量；筒体直径；筒体高度；分离系统；放空在传统的石油天然气生产中认为，火炬是用于燃烧废气的安全措施，因而火炬在净化厂中大多被用来燃烧生产过程中出现的多余的或者是没有价值的气体。

随着人们生产生活的不断深入，总结出了合理的净化厂火炬及放空系统应该要注意以下内容。

1火炬的选择和设计火炬的选择和设计并不是草率的，而是要根据放空气的数量以及性质，具体来说，就是要了解放空气的流率、温度、压力以及化学成分，在这一过程中还要注意一点，就是无烟火炬的问题，如果火炬要被设计成无烟火炬，那么就必须要有相关的法规或者甲方批准的支持，究其原因，在于无烟火炬的价格昂贵，同时净化厂在正常操作的情况之下火炬的放空量是很小的，要比事故放空小很多，正常操作下净化厂的火炬放空仅为取样放空，因此产生的硝烟是可以忽略的，硝烟设施的存在没有必要。

事实上，传统的净化厂在火炬放空设备的设计时，是不会考虑硝烟问题的。

在火炬设计的过程中，要参考的内容有很多，具体来说，主要有以下几点:首先是放空压力，放空压力是一个非常重要的参数，它会直接影响到火炬筒体的直径；第二方面就是火炬的类型，要根据火炬的不同用途来制定不同的设计方案；第三方面就是火炬的材质，通常来说，火炬的材质或选择310不锈钢，但是具体的材质情况还是需要根据火炬的应用类型以及甲方的相关要求来制定，一般来说可以选择是全部不锈钢、一半用不锈钢或者三分之一用不锈钢；第四方面是地面的热辐射值，这个参数最主要的作用就是用来确定筒体的高度，目的是保护地面的工作人员和相关设备，简单来说，设备越要求低热辐射值，那么火炬筒体的设计就需要越高。

193绥中36-1一期项目是中海油公司承担的国家级重大科研专项示范项目，对绥中油田进行开发，根据开发方案需在平台西侧新建平台，两平台相距2m，西侧有一火炬臂，与平台水平面夹角为30°，如在西侧2m 处新建平台将与原火炬臂相碰，将LD5-2DPP平台火炬系统与2WHPB平台火炬系统相连，引入安装在2WHPB 平台西侧火炬臂上。

1 LD5-2DPP平台工艺根据施工计划，LD5-2WHPB平台导管架安装期为2009-4，在海上安装的120d周期内需将LD5-2DPP平台火炬臂进行短期拆除。

如新建火炬替代原有火炬，需消耗大量人力物力，为使油气田得到更好开发，有必要利用平台现有设施选择高效的冷放空开发方案。

分析各环节，与平台方进行充分沟通，对重点工作提出完善控制措施，使用不间断生产完成临时冷放空改造方案，避免因停产造成产量损失。

挽回原油产量损失470m 3。

正常生产情况下，旅大火炬系统燃烧天然气主要来自原油缓冲罐通过压力调节阀释放天然气，冷放空泄放量为0m 3/d，平台最大冷放空泄放量为7200m 3/d工况下，仅需1根19m的φ152mm管线即可满足泄放要求，利用钻修机井架高46m放空管线进行平台冷放空管线可满足要求。

计算核火炬正常泄放量与最大泄放量工况需要φ101mm高度13m的管线满足泄放要求。

利用流体动力学分析法对气量下冷放空进行扩散模拟分析，可燃气体扩散范围不低于放空口3m，固定高出钻修机井架3m 的φ101mm管线可满足临时冷放空泄放要求。

2 2DPP井架冷放空风险控制2.1 火灾爆炸风险2DPP平台利用钻修机井架进行平台冷放工艺未见相关报道，改造模式无相似经验可借鉴，利用冷放空方法进行临时冷放空改造面临各种风险。

委托专业评估公司对存在风险进行评估，组织召开专家专题会讨论方案实施中各种风险控制措施。

原火炬放空天然气采用冷放空，遇到明火源可能造成火灾等事故，根据LD5-2DPP平台火炬放空天然气组分数据，一般甲烷在空气中体积分数达5%~15%点燃发生爆炸，火源出现形式主要有电火花等，项目潜在明火源包括雷击放电活化，修井设备等调运中可能碰撞产生火花，施工中动火作用。

特大型高含硫天然气净化厂安全放空与火炬系统设计解析摘要四川盆地普光气田天然气净化厂具有l20×108 m3/a的高含硫天然气(H2S体积分数为14.14%，C02体积分数为8.6%，有机硫含量为340 mg/m3)处理能力。

为了保证事故工况时其大排量高含硫天然气的安全泄放和高效燃烧，优化了高低压放空管网及火炬系统的设计，突破一般天然气净化厂“全量放空”的常规设计思路，合理确定了放空规模为75×104 m3/h，研发出空抗低温、防火雨、高低压火炬密封、大排量放空防回火、三重保障点火、流体密封等技术，同时引进高效高低压酸性气火炬燃烧器，保证了火炬的安全平稳运行。

放空与火炬系统投产后运行平稳，燃烧效率高于99.9%，为新建或改扩建大型天然气净化厂提供了参考。

关键词普光气田高含硫天然气大排量放空系统火炬系统设计安全解析四川盆地普光气田天然气净化厂(下称普光净化厂)是“川气东送”工程的核心组成部分，建设有6联合12系列的300×104 m3/d天然气净化装置、集气总站及赵家坝污水站，具有l20×108 m3/a的高含硫天然气(H2S体积分数为14.14%，C02体积分数为8.6%，有机硫含量为340 mg/m3)处理能力，为目前亚洲最大规模高含硫天然气处理装置(图1)。

天然气净化装置内的高压、高含硫天然气介质存量巨大、剧毒有害、易燃易爆，当出现火灾、大面积泄漏等极端事故工况时，必须保障生产装置与周边人员的安全[1-4]，大排量的高含硫天然气需要安全泄放、高效燃烧，这就对天然气净化装置的放空及火炬系统提出了更高的要求[5-6]。

1 特大型高含硫天然气净化装置的放空系统1.1 放空系统简介普光净化厂6联合l2系列的天然气净化装置分别布置于厂内东西两个区域，其间间隔设置循环水场、变电站等公共工程设施，单系列天然气净化装置均包含脱硫、脱水、硫磺回收、尾气处理与酸水汽提5个工艺单元，其中每个系列装置脱硫单元每小时处理8.0MPa 高压高含硫天然气l2.5×104 m3，脱水单元每小时处理8.0 MPa高压不含硫湿净化气20.8×104 m3，Claus硫磺回收单元每小时处理硫化氢体积分数为60%的低压再生酸性气3.2×104 m3[7]。

2661　火炬燃烧的影响原因分析1.1　工艺方面影响1.1.1 介质成分复杂，影响系统的运行1）气柜收集的气体含氢组分高，影响压缩机的压缩效率，导致排量减少，造成油气间断放空燃烧。

2）放空油气带液形成液封，导致气柜收不到气，油气放空燃烧。

3）放空油气中含硫组分高，腐蚀设备。

1.1.2 装置或罐区出现异常波动或特殊情况等，需紧急排放火炬1）装置晃电造成停工，油气大量放空，来不及回收。

2）压缩机停电停工，气柜来不及回收。

3）生产装置无序排放，形成油气排放量的峰值，超出回收能力。

4）工艺变更或工艺管线改造。

5）低瓦管网内的介质不适宜进气柜需要排火炬直接燃烧。

6）低压管网压力超高，突破水封。

1.2　设备方面影响1）气柜容量偏小。

目前，回收低压瓦斯的只有1台10000m 3的湿式气柜，各生产装置、液态烃化肥罐区等系统工况异常时，压缩机压缩效率不够，超过气柜的安全储存容量，必须放火炬燃烧。

2）单台气柜设备设施坏，需要停机运行检修。

3）正常情况下，压缩机同时坏或其中部分坏，压缩机运行满足不了要求，造成火炬放空。

主要表现在以下方面：①气压机入口管道、过滤器堵塞。

②气压机老化，故障多，效率低，回收量减小。

③仪表故障导致压缩机停机。

现运行的压缩机系统包含三套联锁（排气压力、排气温度、润滑油压力联锁）。

当任一仪表故障，数据超出工艺指标，都会导致压缩机联锁停机，油气放空。

④加氢压缩机故障停车，导致火炬山压缩机联锁跳车，气柜高液位，造成火炬放空燃烧。

4）进、出气柜系统的工艺管线、设备出现问题或停用检修，如阀门、过滤器堵或坏等。

1.3　综合管理方面1）工艺、设备操作方面员工环保意识不强、责任心不到位、技术水平粗糙、操作失误。

造成超安高、冲顶、开关阀门和压缩机操作失误等。

2）管理人员指挥不当。

3）设备维护人员维修水平差、维护保养不到位。

2　减少火炬气放火炬燃烧时间的控制措施2.1　工艺优化1）针对低压管内介质成分复杂，影响瓦斯回收系统运行的情况，对进气柜低压瓦斯气的水洗净化，增设气柜入口水洗罐水洗工艺。

放空火炬吊装方法及经验摘要：在建设天然气处理站或者石油化工行业大型工厂站的过程中，经常会使用放空火炬。

由于火炬非常高，并且很重，因此其安装和吊装具有很大的难度。

本文就放空火炬吊装方法和经验进行了综述，希望对放空火炬的吊装工作有一定的指导。

前言在大型天然气处理站或炼油化工工程的建设过程中，放空火炬的吊装是制约工程顺利进行的主要因素之一。

这主要是由于放空火炬具有高、重的特点，因此在安装过程中存在很大的难度。

通常，放空火炬的安装和吊装方法有四种，即分节正装、整体吊装、分节倒装、散件安装。

本文就放空火炬吊装方法和经验进行了综述，希望对放空火炬的安装工作有一定的指导。

1.放空火炬安装方法的选择放空火炬的四种安装方式需要根据火炬安装地点的实际情况进行选择。

通常，吊装工作包括吊车吊装、独立桅杆吊装、A字架吊装等多种吊装方法，通常在选择吊装方法时，要考虑火炬所在的安装位置的地形地貌，依据地形地貌的特征去选择吊装方案。

一般如果施工条件允许，选择整体吊装的施工方法更为稳妥。

下面简单介绍四种安装及吊装方法。

分节正装高空作业量比较少，其作业面也比较宽大，但是人力投入量也比较多，因此工期较短。

另外分节正装法的投入设备费用高，要求地面预制场地大，工期、质量、安全指标都相对好一些，但是会由于地形限制，吊车会无法到达施工场地。

散件吊装通常需要的施工设备比较少，设施也比较简单，吊装工艺相对简单，并且不需要占用很大的面积，费用需求也比较低。

但是散件吊装的高空作业量比较大，并且施工作业面相对狭小，因此对于施工人员来说存在的风险也比较大，人力投入有很大的限制。

另外，散件吊装还会受到天气变化的影响，因此其施工时间需求比较长，并且由于地形限制，有可能发生吊车无法到达施工场地的情况。

整体吊装动用的设备也非常多，但是设施比较简单，吊装工艺也比较简单，但是需要投入大量的人力，所以可以有效的减少施工期，尽量避免高空作业。

另外，整体吊装法要求的设施规格和设备能力比较小，因此吊装设备的进场、安装、拆除、退场都需要投入相对大的设备、人力、时间等，并且必须对塔架做局部的加固工作。

1 概述 在正常维护或事故情况下，气体必须是安全可靠的，并在何时通过火炬的排放和燃烧，符合健康、安全和环保的要求，保证空气照明系统的安全运行，对安全生产人员有很大的影响。

因此，系统研究和分析减少系统故障，提高设备完整性，降低安全风险，保证生产的可持续发展具有重要意义。

2 火炬系统的基本组成和原理火炬系统主要由远程控制箱、本地控制箱、废气处理管道、火炬筒、点火过程的管道和配件。

系统有4个点火方式：远程自动点火、远程手动点火，本地手动点火和外部点火。

前3个是控制点火，第二个是交替手动点火。

远程自动点火、远程手动点火可以通过遥控操作：局部手动点火可由局部控制箱操作，夜间点火可通过火炬传送至~级点火管、二次点火管和传火管。

无外部电源的应急点火控制点火原理：远程自动/手动点火与局部点火相结合。

即：手动点火在控制室的遥控器上。

一个成功点火系统提要火焰回车站信号控制系统和集本地和远程控制开关控制柜。

简单的现场控制和远程控制。

现场安装的现场控制箱（防爆型）。

点火控制使用PLC作为中心控制单元，控制系统可以提供压缩空气开关或流量开关信号。

3 焊接枪故障现场控制箱水蒸气问题由于防爆箱密封不良，现场控制箱在雨季尤其受水分影响，可能造成短路。

原始元件如中间继电器和流量开关被烧毁。

局部和自动点火功能是不可能的。

因此，有必要注意结构密封或相关维修措施的优化。

火炬系统防雷闪电是一种自然现象，雷电电压非常高。

放电时间只有0.01s。

瞬时电流非常强劲。

闪电放电。

它可能导致电气设备的绝缘破坏，破坏建筑、家用电器损坏，人员伤亡和牲畜伤害。

闪电可以分为直接雷击闪电，闪电在地面物体或人员。

直接雷击现象称为直接雷击：架空电缆或室外天线的影响空气放电的电场，形成一个强大的电场感生电动势，大白鲟的现象。

根据情况，LD电气或电子设备被称为感应雷电防护，和位于川东管道频繁的闪电天气的地区。

防雷接地或其他防雷措施不到位。

火炬系统是否远程控制柜或现场测试控制设备，仪器将烧坏，不能使用。

摘要：天然气具有极大的易燃易爆特性，目前站场清管作业、装置检维修、事故工况产生的放空气主要通过放空管冷放空处理。

为解决放空过程中的消防安全距离、噪声影响等问题，地面火炬应运而生。

文章选取一典型地面火炬为例，通过CFD模拟计算，对地面火炬的火焰高度、燃烧热辐射、可燃气云扩散等进行计算，得出某一特定火炬的安全距离要求，同时结合地面火炬在操作上的风险和防控，得出目前地面火炬在设计和管理上常见的风险因素和防控措施。

关键词：天然气;地面火炬;燃烧热辐射;放空设计天然气是易燃易爆气体，在常温常压下，天然气的爆炸极限为5%~15%,一旦遇到明火会发生剧烈爆炸，具有很强的破坏力。

因此，天然气的生产、运输手段和设备设施都会有严格的消防要求，天然气均存储在密闭环境内，传统场站一般设置高架火炬，用来收集和处理天然气。

文章以国内某大型能源公司XX分输站新投用的天然气地面火炬为例，从燃烧热辐射对周边的影响、火炬未成功点火时可燃气云扩散的影响以及地面火炬日常运行所必需的配套设计三个方面开展风险评估分析。

一、地面火炬火焰高度及热辐射的计算与影响（一）CFD模拟软件介绍ComputationalFluidDynamics是计算流体力学的简称，CFD是现代模拟仿真技术中的一种，其基本原理是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动的情况。

KameleonFireExKFX®是目前在气体扩散、火炬和火灾模拟方面处于领先地位的CFD软件，利用KFX三维计算模拟软件可以对池火、喷射火、火炬、LNG火灾、密闭空间火灾或开放空间火灾等各种类型的火灾进行模拟，同时能够对温度、热辐射、有毒气体、燃烧物质浓度等进行详细计算。

（二）CFD模拟计算模型建立利用CFD模拟软件对XX输气站封闭式地面火炬及周边主要装置进行三维建模如图1所示，封闭式地面火炬筒体直径为3m（内径），高度为7m,火炬周边包括站场内南侧工艺区、东侧办公楼、西侧厂房、北侧电线杆，其中封闭式地面火炬筒体外壁距离东侧办公楼10m、距离西侧厂房30m。

放空火炬辐射热范围影响因素探讨放空火炬是一种常见的工业操作，用于放出大量的辐射热能。

放空火炬的辐射热范围是指辐射热能能够达到的范围。

这个范围受到多种因素的影响，包括火炬的温度、火炬的形状、火炬与周围环境的距离等等。

本文将对这些因素进行探讨。

火炬的温度是决定辐射热范围的最主要因素之一。

火炬的温度越高，辐射热能越强，辐射热范围也就越广。

增加火炬的温度可以扩大辐射热范围。

火炬的温度受到燃料的选择、氧气的供应等因素的影响。

如果选择高能量的燃料，并保证充足的氧气供应，就可以提高火炬的温度，从而扩大辐射热范围。

火炬的形状也会对辐射热范围产生影响。

火炬的形状可以分为封闭式和开放式两种。

封闭式火炬通常具有较小的辐射热范围，因为热能主要通过火炬尖部传导和辐射出去。

而开放式火炬则能够散热更充分，辐射热范围较大。

开放式火炬的形状设计需要考虑到燃料的燃烧稳定性和火焰传播性能等因素，从而使火焰能够更好地扩散，达到更大的辐射热范围。

火炬与周围环境的距离也是一个重要的因素。

火炬的辐射热范围随着火炬与周围环境的距离的增加而减小。

当火炬与周围环境的距离足够小时，辐射热能能够迅速传递给周围物体，辐射热范围较大。

而当距离增大时，辐射热能的传递会受到空气的散射和吸收等因素的影响，辐射热范围减小。

在放空火炬时，需要合理控制火炬与周围环境的距离，以实现所需的辐射热范围。

除了以上因素外，火炬的调节参数、环境温度和湿度等因素也会对辐射热范围产生一定影响。

火炬的调节参数包括燃料的供应率和氧气的流量等。

通过合理调节这些参数，可以改变火焰的形态和温度分布，从而影响辐射热范围。

环境温度和湿度越高，空气中的水分含量越大，辐射热能会被空气中的水分吸收更多，导致辐射热范围减小。

天然气长输管道火炬放空扩散规律研究梁俊奕【摘要】天然气的放空扩散非常危险，研究天然气长输管道火炬放空扩散的规律，可以为其安全放空提供指导依据。

PHAST 软件是公认的最权威最准确的后果分析软件，可以用于长输管道的天然气放空扩散计算。

采用该软件建立天然气长输管道系统的亚临界流不点火放空的扩散模型，确定天然气在不点火放空过程中可能燃烧的危险区域。

以某实际长输管道为例，计算两种工况下天然气扩散规律。

结果显示，在放空过程中风速影响天然气的扩散。

低风速时，天然气会向上扩散，在高风速时，天然气向水平方向扩散。

天然气50％LFL 云团水平距离随风速的增大而增加，云团高度随风速的增加而减小。

%Diffusion of gas is very dangerous duringflare venting. The research on the diffusion law of gas during long distance gas pipeline flare venting can provide guidance for gas blowdown.PHASTis recognized as the most authoritative and accurate consequence analysis software and can be used to calculate the flare venting. The software is adopted to establish subcritical flow diffusion model of gas during long distance gas pipeline venting. Danger zone of gas ignition can be determined. In this paper, taking a practical long-distance pipeline as an example, diffusion law of natural gas was calculated under the two conditions. The results show that wind speed can affect the gas diffusion.The gas upward diffuses when wind speed is low; the gas horizontally diffuses when wind speed is high.Natural gas 50%LFL cloud horizontal distance increases with the increase of wind speed and cloud height decreases with the increase of wind speed.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2016(045)003【总页数】3页(P559-560,563)【关键词】天然气;管道;立管;火炬;扩散【作者】梁俊奕【作者单位】中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川成都610041【正文语种】中文【中图分类】TE88天然气是多种烃的混合物，其中主要成分是CH4，天然气在大气中的爆炸极限为5%～15%，在爆炸极限内遇明火即爆炸，不仅会造成装置的损坏，同时也会对周围人员、环境等产生威胁，为了避免天然气放空过程中造成的巨大损失。