閉式地面火炬在天然氣壓氣站項目中的應用效果

徐樹立, 莊向仕，馬賀蒙，李紅欣

(1.河北華北石油工程建設有限公司，河北 任丘 062552； 2.承德石油高等專科學校 建筑工程系，河北 承德 067000)

火炬系統是天然氣、石油化工裝置放空系統的重要組成部分，用來處理不能回收利用廢氣體的燃燒設施。火炬系統，按照燃燒器的安裝高度分為高架火炬和地面火炬。高架火炬是由自控系統、點火系統和一個直立上升的管道組成(見圖1)，使用時火焰在頂端點火燃燒，火炬高度從5 m到200 m。因其燃燒遠離地面，而不會傷害到人員和工廠，在國內的煉化和燃氣行業使用較為廣泛；地面火炬又分為開放式地面火炬和閉式地面火炬[1]。地面火炬主要由控制閥、地面火炬(由燃燒器組、防輻射隔熱罩和防護墻等)、地面火炬自動點火系統組成。地面火炬系統可將氣體放空燃燒火焰完全控制在防輻射隔熱罩內，外界看不到火焰、能最大限度的減少熱輻射、噪音對工作人員和周圍設備的影響。相比高架火炬，地面火炬系統在安全、環境保護、維護修理、經濟等方面有一定的優勢。

近些年來，隨著裝備制造業的發展，火炬系統的設計、制造和應用也產生了巨大的變化，從以前簡單燃燒不能利用的廢氣到現在綜合考慮環境成本問題。本文將結合西氣東輸二線霍爾果斯首站工程高架火炬和泰國四號線中間壓氣站的地面火炬兩個實際工程案例對高架火炬和地面火炬系統進行對比分析，分析地面火炬系統的綜合應用效果。

1 設計施工及維護檢修方面

兩種火炬在設計施工時都是根據排放量和排放頻率進行設計，施工的主要過程也都主要集中在裝置的安裝方面。其在設計施工和維護檢修方面的對比主要表現在以下幾處：

1)設計中，閉式地面火炬系統不需要高架火炬常用的水封罐，并且燃燒器設置在距地面2～3 m處，燃燒器四周設置有鋼結構絕熱墻和安全防護墻，因此，不會形成“火雨”。

2)施工過程中，高架火炬施工高度較高，一般需要較高的鋼結構作為支撐體系，不便于施工，而地面火炬安裝高度普遍低于高架火炬，隔熱墻和保護墻吊裝施工難度也低于鋼結構高架支撐施工。

3)閉式地面火炬的調節控制閥門為快速開關型，配合在線監測儀表設備和工藝設施，可以實現微正壓值下切斷閥門，并迅速使用氮氣對天然氣管道進行吹掃，確保不會發生爆炸和爆燃。

4)火炬系統中最容易出現的故障的地方為燃燒器，高架火炬燃燒器位于高架端部，維修和維護較為不便，而閉式地面火炬的燃燒器均設置在地面較低位置，檢修方面，便于后期維護。

2 安全、環保護方面

高架火炬在工作時表現為火炬頂部火焰燃燒，此處的燃燒除了一般的溫度控制外沒有其他的控制措施，因此在火炬燃燒是可以看到火炬頂部的火苗，并產生很大的排氣噪音，在天然氣站排空時產生的火苗和噪聲均可在10公里范圍內看到聽到，并且燃燒可能因氣體流速流量問題而不能完成燃燒，造成有害氣體外泄等問題。地面火炬相比起來，在安全和環保方面要優秀很多，主要表現在以下幾個方面

1)閉式地面火炬設置有多種檢測儀表設備和紅外攝像頭，且儀表設備信號普遍接入天然氣壓氣站工藝操作系統和監控系統，系統對其狀態進行實時監測，狀態出現問題時，系統可以自動報警，避免產生事故。

2)閉式地面火炬可以根據不同的處理量和系統壓力自動調整單級或多級燃燒，且每級燃燒設置多個燃燒器，燃燒器間的間距也經過優化，能使可燃廢氣與空氣充分接觸，且能控制燃燒時的溫度，因此閉式地面火炬以較低溫度燃燒，燃燒效率高且氮氧化合物排放量低，可以實現無煙燃燒[2]。

3)閉式地面火炬設置有鋼結構絕熱墻和混凝土安全防護墻，在火炬燃燒時能有效減少熱輻射和噪聲，極大降低對周邊環境和設施的危害。同時也符合持續發展要求，能避免因后續社會進步帶來的設備改進費用和影響周圍環境導致的處罰和索賠。

3 經濟效益方面

經濟效果的對比我們采用上述兩個壓氣站的不同火炬系統，泰國四號線中間壓氣站和西氣東輸二線霍爾果斯首站均采用4臺30 MW燃驅壓縮機組，規模類似，具有一定的可比性。因此將霍爾果斯首站與泰國四號線中間壓氣站的兩種火炬系統進行綜合經濟效果對比，評價考慮了以下幾個部分：(為了比對方便，將所有成本均折合成美元。)

3.1 火炬系統的設計、采購部分

霍爾果斯首站，高架火炬系統是根據站內最大放空處理量進行選型，系統由高架火炬(PN1.6 DN400)和水封罐等組成，國內設計采購費用約為50萬美元；泰國壓氣站，地面火炬系統由地面火炬(60 t/h)和放空立管(440 t/h)組成，閉式地面火炬的選擇是根據天然氣站場的最大放空處理量、放空頻率及年排放要求，綜合計算得出，綜合設計采購成本約為210萬美元。

由此看出，地面火炬系統的設計采購投入遠大于高架火炬，這也是高架火炬在國內應用廣泛的主要原因。

3.2 火炬系統的占地面積

霍爾果斯首站高架火炬設置在站外110 m處，火炬高度30 m，火炬區占地面積為576 m2，考慮出站管道等設施，綜合面積約為1 000 m2； 泰國壓氣站閉式地面火炬設置在壓氣站站內，火炬區占地 441 m2，無其他占地。

說明地面火炬系統能夠有效的節省占地，減少對周圍土地的征用和浪費。對保護環境資源更有利。

3.3 施工成本

施工成本方面我們主要對比安裝成本。霍爾果斯首站高架火炬重量約為8 t，加上鋼結構支撐體系，總重量約為20 t。火炬管道和設備分為兩部分安裝，要求最大吊裝高度為45 m，考慮出站管道、土建和鋼結構安裝后的綜合成本約為8萬美元；泰國壓氣站閉式地面火炬總重量約為73 t，包含鍍鋅鋼結構框架、內敷高溫絕熱材料和外側設有混凝土安全防護墻，要求吊裝高度為25 m，綜合施工成本約為10萬美元。

施工成本方面因國外施工時人工費用高于國內(人工定額高)，而兩者的綜合成本相差不大，但地面火炬在施工時要求的難度較低，兩者的成本差還是可以接受的。

3.4 環境效益和使用成本

地面火炬系統燃燒充分，對環境較為友好，且占地面積小，在環境效益方面更好。

兩種火炬系統在使用過程中主要是維護維修成本，因目前裝備制造技術發展，這兩種火炬的維護頻率都不高，但考慮易損件的安裝高度等因素，閉式地面火炬相比高架火炬維護方便。

4 結論及建議

綜上所述,通過上述兩種火炬系統在設計施工、安全環保和經濟成本方面的對比和分析,我們發現地面火炬雖然在設計采購和施工成本方面略高于目前的高架火炬，但其能夠減少對環境的破壞，減少污廢排放，節約用地，并能夠更加安全方便的進行設備的安裝和后期維護，而具有更好的環境效益。

因此，根據目前國內的環境形勢和環保政策，建議在國內壓氣站、煉化裝置的火炬系統選型中可以適時選擇閉式地面火炬系統，以達到較好的環境效益和和社會效益。