淺談輸氣站場放空火炬系統故障的研究與應用

周長李　黃知坤　胡漢董

[摘要]火炬安全放空系統是保障輸氣站安全的最重要的設施之一，川氣東送管線上火炬系統在投用時存在進水短路、雷擊元件燒毀的現象，降低了設備完好率，增加了安全風險。本文先從結構入手，探討問題原因，尋找技術防治措施并合理應用，改善運行狀況。

[關鍵詞]天然氣站場；放空；火炬；防潮；密封；防雷

0引言

放空火炬系統是天然氣輸氣站場地面建設工程的安全放空設施，要求在正常檢修維護或事故狀態時能夠及時、安全、可靠的將天然氣通過放空火炬排放燃燒，達到健康、安全、環保的要求。放空火炬系統的運行安全，對站場的生產安全管理有著重大影響，因此對該系統進行研究分析，在減少系統運行故障，提高設備完好率，降低安全風險，保障連續生產等方面具有很重要的意義。

1火炬系統的基本組成與原理

火炬系統主要是由遠程控制箱、就地控制箱、排放氣工藝管路、火炬筒體、引火工藝管路及輔助部件組成。系統共有4種點火方式：遠程自動點火、遠程手動點火、就地手動點火、外傳火點火，前3種屬于控制點火，后1種為備用手動點火。其中遠程自動點火、遠程手動點火可由操作遠程控制箱來實現；就地手動點火可操作就地控制箱實現；外傳火點火可通過火把依次傳火至一級引火管、二級引火管、傳燃管，在無外電源時實現緊急點燃放空，

控制點火工作原理：采用遠程自動/手動點火和就地點火方式相結合的方法，即：在控制室遠程控制箱上手動點火，點火成功系統可將火焰信號反饋給站控系統。同時控制柜上設有就地和遠控轉換開關，便于進行就地和遠程控制單步控制。現場安裝就地控制箱（防爆型），可操作點火開關進行就地點火控制。點火控制采用PLC作為中央控制單元，控制系統可提供放空氣壓力開關或流量開關信號。

2火炬故障問題

2.1現場控制箱水汽問題

現場就地控制箱含水汽是因防爆箱的密封不良所所致，雨季尤為嚴重，會造成線路短路，中間繼電器、流量開關等原件的燒毀，無法實現就地、自動點火功能，因此需要對其予以重視，進行結構密封優化或相關維護措施。

2.2火炬系統防雷問題

電閃雷鳴是一種自然現象。雷電的電壓很高，一次放電時間雖然只有0.01S左右，瞬時電流強度驚人。雷電放電時，可使電氣設備絕緣擊穿，建筑物造成破壞，家用電器擊毀，人體及牲畜死亡或受傷等。雷擊分為直接雷擊和感應雷擊兩種。雷云對地面物體或人畜直接放電的現象叫直接雷擊：架空電纜或室外天線被空中帶電云放電形成的強電場的感生電動勢沖擊家用電器或電子設備的現象叫感應雷擊。避雷的方法視具體情況而定。川氣東送管道地處雷電天氣的頻繁出現的地區，因防雷接地或其他防雷措施未到位，火炬系統無論是遠程控制柜還是現場檢測控制設備中儀器儀表燒毀而無法使用的情況屢屢發生，因此需要研究分析找出解決方案。

3火炬故障問題的解決方法

3.1防水強化措施

采用橡膠或密封襯墊密封時，箱體內壓P與密封面壓σ（一般有螺栓預緊力提供）的關系是：P≤σ。但密封面壓必須是連續分布在密封部分，即形成密封帶。密封帶的型成主要取決于一下3個因素：偶合面的剛性、螺栓的分布以及螺栓預緊力和預緊順序。控制箱常常受到質量的限制，箱體的整體剛性較小，為保證密封帶的形成，一般采用加大密封面的局部剛度和增加螺栓的數量；在密封面上的螺栓和定位銷孔口應倒角以免在孔口出現高應力區。在預緊螺栓時，要盡量將誤差消除在兩個螺栓之間，以免出現誤差積累效應，使密封面壓嚴重不均而產生泄漏，即裝配時螺栓應按對稱預緊的原則進行預緊。另外還可以在裝配面上涂抹潤滑脂進一步保護密封元件、縮小縫隙。

另外因環境溫度（晝夜溫度、季節溫度）變化。無論箱體及防爆格蘭密封多好，箱體內空氣熱脹冷縮引起的呼吸作用必然存在，何況電氣箱體上也有排潮用呼吸孔，加上安裝條件限制，尤其是在老舊設備上呼吸作用引起的進入水汽比較明顯，可采用內外防水防潮的兩項措施：一是，定期更換內部干燥劑（如無氯化鈷橙色變色硅膠干燥劑等）及清理呼吸孔：二是。應有防止水沿面滲入呼吸孔或箱體的措施，保證正常呼吸情況下水汽不會進入箱體內部，如加裝防雨罩。

3.2防雷強化措施

高聳火炬的引雷作用，防雷措施更為必要，需采用分流、屏蔽、搭接、接地、保護系統（D.S.B.G.P系統）。①分流（D）：火炬頂裝高出天線的避雷針，將大量電流引到接地網，進行分流和降低電位。②屏蔽（S）：所有信號線、PLC各導線均采用屏蔽線或穿入鐵管，且屏蔽層或鐵管的兩端接地。③搭接（B）：所有電纜連接處、電纜與機器連接處進行電氣搭接。④接地（G）：所有金屬架構、管道、導線金屬屏蔽層或穿線鐵管連在一起與大地連接。樓內的防雷接地、工作接地、保護接地均需連在一起，以均衡電位。⑤保護（P）：PLC、數顯儀表等引出的信號線應裝設多級保護，以防止信號線遭雷擊或發生雷電感應時侵入波損壞設備。

鑒于這五個方面，結合現場情況，輸氣站開展了4項措施及改造：

1）檢查搭接情況。查看并排除接線端虛接、銅綠等情況。保證接線有效可靠。

2）檢查接地情況。檢查控制箱、電磁閥、流量開關、壓力開關接地線是否完好，適當予以維護、更換，保證接地線截面積符合規定（絕緣銅線截面積大于2.5mm²），保證接地連接點無銹蝕、導通性能良好。

3）測試接地情況。用搖表測試放空區就地控制箱、電磁閥、流量開關、壓力開關接地電阻是否小于4n，不合格需要重新做好連接或更換接地扁鐵直至合格。雷擊時，使和電子設備相連接的地都處在同一電位（消除地的電位差）。

4）強化電氣保護。在供電線路、通信線路均為埋地電纜穿地的前提下，首先檢查遠控箱接地及對地電阻；再在供電線路、信號線路上加裝防雷器件，防止雷電感應而引起感應雷通過電源線、信號線傳人電子設備。因為多次的雷電引起數顯儀表、流量開關損壞，對遠控機柜（220V、10A）電源線、流量開關（24V、0.09A）至機柜信號線加裝220V電涌防護器、24V控制信號防雷保護器（如RS-485），同時對信號線加裝對應保險端子。

4效果及結論

4.1效果

以一個輸氣站為樣板開展以上應用，在防爆控制箱防水防潮方面，采用防雨罩、干燥劑等方法后得到有效改善，歷時1年的觀察，未發生因水汽進入短路的故障。在系統防雷方面，在采取以上防雷措施及改造后，在不少于5次的雷電天氣中，僅有一次雷暴中造成信號浪涌擊穿，但是設備未出現任何問題，有效保護了系統安全。

4.2結論

鑒于以上研究應用效果，為提高火炬系統的可靠度、設備完好率，一方面對于新建設場站，做好前期裝配與接地是非常重要的：另一方面對已投產的火炬系統而言，做好以下三點：①做好現場控制箱防水防潮，保證內部設備不受潮短路；②做好火炬系統接地檢測、整改及控制系統防雷優化改造，保證雷暴影響將至最低；③改變觀念，進行預防性維護管理，制定周期性測試維護計劃并嚴格實施。真正意義上的改進與解決，需要從火炬設計、站場設計層面出發，在此不予討論。

[責任編輯：王偉平]