放空火炬長(zhǎng)燃燒的技術(shù)分析

放空火炬長(zhǎng)燃燒的技術(shù)分析

天然氣擴(kuò)散燃燒是原油生產(chǎn)設(shè)備中不可或缺的安全裝置。然而，天然氣的稀釋燃燒不僅使能源浪費(fèi)流失，還降低了油田的效率，增加了二氧化碳的排放量污染大氣。溫米油田自1993年投產(chǎn)開發(fā)以來(lái),每天有大量天然氣進(jìn)入放空火炬燃燒,1995年建成50×10為了這一問題,2006年針對(duì)溫米油田火炬放空氣的工藝參數(shù)和流程特點(diǎn),組織相關(guān)技術(shù)力量,利用國(guó)內(nèi)領(lǐng)先技術(shù),對(duì)放空火炬氣回收技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行研究。11.11.1.1放空壓力火炬氣壓力:0.001～0.01MPa;火炬氣溫度:-5～50℃;放空氣量:0～1,000,000m原料氣壓力:0.17-0.27MPa;原料氣增壓后壓力:2.9MPa。1.1.2當(dāng)前主要過程圖11.2回收流程及回收效率分析從現(xiàn)狀參數(shù)可以看出,正常狀況下放空火炬氣流量小,壓力低,如果直接增壓到2.9MPa后進(jìn)入脫水系統(tǒng),壓縮機(jī)設(shè)備費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都相當(dāng)高,回收并不經(jīng)濟(jì)。因此,該項(xiàng)目將火炬氣回收后,依托已有的增壓系統(tǒng)進(jìn)行回收處理,其主要流程如圖2。在圖2中,螺桿壓縮機(jī)、水封罐、出口分離器、爆破片為主要新增設(shè)備容器。1.3火炬筒內(nèi)放空氣正常運(yùn)行工況下,火炬氣經(jīng)回收管路進(jìn)入壓縮機(jī)增壓,將天然氣由0.001～0.008MPa提高到0.22～0.27MPa,再經(jīng)分離器分離后進(jìn)入輕烴原料氣系統(tǒng)。螺桿壓縮機(jī)出口分離器設(shè)有安全閥,其放散氣仍然返回到火炬回收管路。同時(shí),增壓后的管路中設(shè)有止回閥,防止原料氣壓力升高時(shí)對(duì)螺桿壓縮機(jī)正常運(yùn)行的影響。火炬放空氣回收后,火炬筒內(nèi)放空氣會(huì)減少,有時(shí)可能沒有放空氣,火炬筒內(nèi)的正壓狀況會(huì)改變,因此有可能發(fā)生空氣倒吸回火現(xiàn)象。為此,在火炬放空氣系統(tǒng)中增加水封罐。事故運(yùn)行工況下,放空氣量增大和放空管壓力升高,回收壓縮機(jī)全速運(yùn)行回收部分放空氣,同時(shí)部分氣體突破水封罐水封,自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)檢測(cè)水封后氣體流量,點(diǎn)火燃燒。22.1交流火炬氣回收針對(duì)溫米油田的火炬氣中含有一定的重組分,在壓縮過程中有重?zé)N析出,氣相和液相有一定變化和現(xiàn)場(chǎng)條件的限制,同時(shí)放空氣的壓力并不十分穩(wěn)定,所以我們選用了螺桿壓縮機(jī)。當(dāng)火炬氣總管壓力低時(shí),若壓縮機(jī)不進(jìn)行調(diào)速,功效低費(fèi)電,當(dāng)火炬氣總管壓力高時(shí),若壓縮機(jī)不進(jìn)行調(diào)速,火炬氣將突破水封罐水封,火炬氣不能充分回收。同時(shí)由于火炬氣總管壓力、氣量的不穩(wěn)定,造成壓縮機(jī)入口壓力的不穩(wěn)定和壓縮機(jī)處理量的波動(dòng),以及對(duì)壓縮機(jī)出口壓力的穩(wěn)定都將造成影響。為了充分回收火炬氣、節(jié)能省電以及平穩(wěn)控制壓縮機(jī)進(jìn)、出口壓力,我們對(duì)壓縮機(jī)采用了變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)。壓縮機(jī)采用變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)后,當(dāng)火炬總管壓力大于8kPa時(shí),壓縮機(jī)全速運(yùn)行,充分回收放空氣;當(dāng)火炬總管壓力小于1kPa時(shí),壓縮機(jī)低速運(yùn)行,節(jié)能省電。通過對(duì)壓縮機(jī)機(jī)進(jìn)、出口壓力、機(jī)組各運(yùn)行參數(shù)信號(hào)同火炬總管壓力、水封高度、水封后流量信號(hào)的自動(dòng)控制,實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的流量控制算法,并將控制動(dòng)作信號(hào)傳送到變頻器,以此平穩(wěn)控制壓縮機(jī)進(jìn)、出口壓力和火炬總管壓力。2.2基于fcs的火炬氣回收控制系統(tǒng)為減少勞動(dòng)操作強(qiáng)度和目前溫米油田的自動(dòng)化控制水平一致,我們采用了中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第711研究所為溫米油田火炬氣回收系統(tǒng)研制的自動(dòng)化控制系統(tǒng),其設(shè)置SIEMENS分布式現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)一套,包括兩套SIEMENSPLC控制柜、一套SIEMENSMM440變頻控制柜和一套馬達(dá)配電控制中心。2.2.1機(jī)組plc柜一套SIEMENSPLC控制柜主要用于火炬氣回收壓縮機(jī)組的控制(以下簡(jiǎn)稱為機(jī)組PLC柜),就地安裝在機(jī)組旁,并就近將壓縮機(jī)入口壓力、壓縮機(jī)出口壓力等工藝信號(hào)和機(jī)組各運(yùn)行參數(shù)信號(hào)以及機(jī)組上的自動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制信號(hào)引入到機(jī)組PLC柜。機(jī)組PLC柜還從點(diǎn)火PLC柜接受火炬總管壓力信號(hào)、水封高度信號(hào)和水封后流量信號(hào),實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的流量控制算法,并將控制動(dòng)作信號(hào)傳送到變頻器和自動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥。另一套SIEMENSPLC控制柜主要用于自動(dòng)點(diǎn)火控制(以下簡(jiǎn)稱為點(diǎn)火PLC柜),就地安裝在火炬區(qū),并就近將火炬總管壓力信號(hào)、水封高度、分離器液位、突破水封后的氣體流量、火焰探測(cè)信號(hào)等工藝信號(hào)以及水封自動(dòng)補(bǔ)水電動(dòng)閥、高壓發(fā)生器點(diǎn)火動(dòng)作等控制信號(hào)引入到點(diǎn)火PLC柜。2.2.2系統(tǒng)的主要電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電路變頻柜主要接受來(lái)自機(jī)組PLC柜的轉(zhuǎn)速指令,控制回收機(jī)組的主電機(jī)轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)高效率的流量調(diào)節(jié),并將變頻器的運(yùn)行參數(shù)傳送到機(jī)組PLC柜。2.2.3現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)時(shí)共享及協(xié)同調(diào)度控制馬達(dá)配電控制中心主要給潤(rùn)滑油泵、機(jī)組電加熱器、電伴熱帶、火炬區(qū)設(shè)備、壓縮機(jī)棚照明用電進(jìn)行配電,把配電運(yùn)行狀態(tài)反饋到中控室和機(jī)組操控臺(tái),并接受來(lái)自機(jī)組PLC柜和中控室的操作指令。四者通過高速高可靠的Profibus總線相聯(lián)結(jié),整合成一套既相對(duì)獨(dú)立又完整無(wú)縫的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享和協(xié)同調(diào)度控制,同時(shí)將系統(tǒng)畫面、過程參數(shù)、報(bào)警、操作狀態(tài)、過程診斷和系統(tǒng)診斷等數(shù)據(jù)傳送到各聯(lián)合站中控室,并接受來(lái)自中控室的操作指令(如緊急停車、緊急排放、手動(dòng)點(diǎn)火指令)。本控制系統(tǒng)和控制DCS的通訊協(xié)議采用Profibus總線協(xié)議。2.3總壓力控制火炬放空氣是不穩(wěn)定氣流,為保證在不穩(wěn)定狀況下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,火炬總管壓力控制顯得尤為重要。根據(jù)火炬氣壓力的現(xiàn)狀參數(shù),我們將水封罐高度設(shè)為800mm,也就是將火炬總管壓力正?？刂?kPa以下,同時(shí)采用變頻控制螺桿壓縮機(jī),以保證總管壓力在1～8kPa,其具體控制技術(shù)方案如下:(1)當(dāng)總管壓力在1～8kPa之間波動(dòng)時(shí)候,回收壓縮機(jī)在變頻調(diào)節(jié)下高效運(yùn)行,轉(zhuǎn)速隨總管壓力的增加而增加,隨總管壓力的減小而減小,最終把總管壓力控制在3kPa附近。此時(shí)沒有氣體突破水封,火炬熄滅。(2)當(dāng)總管壓力升高到>8kPa時(shí),回收壓縮機(jī)全速運(yùn)行,同時(shí)有氣體突破水封,自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)檢測(cè)水封后氣體流量,點(diǎn)火運(yùn)行。(3)當(dāng)總管壓力繼續(xù)升高>12kPa時(shí),系統(tǒng)報(bào)警提示放空量過大,同時(shí)自動(dòng)將水封自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)置于手動(dòng)停止?fàn)顟B(tài),避免不必要的水消耗。當(dāng)總管壓力下降到8kPa以內(nèi)后,恢復(fù)補(bǔ)水到自動(dòng)模式。(4)當(dāng)總管壓力<1kPa時(shí),變頻降速到最低速運(yùn)行,同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)回流閥開度,將總管壓力控制在1kPa附近。如此工況連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過15分鐘系統(tǒng)將自動(dòng)提示操作員停機(jī),以節(jié)省電能。當(dāng)總管壓力<-1kPa時(shí),系統(tǒng)報(bào)警,<-3kPa時(shí),自動(dòng)停機(jī)。2.4自動(dòng)點(diǎn)火裝置因原火炬系統(tǒng)只配備了1套自動(dòng)點(diǎn)火裝置,為了避免天然氣環(huán)境污染事故,確保100%點(diǎn)火成功,我們考慮增加了1套自動(dòng)點(diǎn)火裝置。自動(dòng)點(diǎn)火裝置由火焰檢測(cè)、火焰流量檢測(cè)、火炬壓力檢測(cè)、PLC控制系統(tǒng)、高能點(diǎn)火發(fā)生器、高壓電纜、抗蝕電極發(fā)弧裝置、電磁閥組及高空點(diǎn)火槍組成,高空點(diǎn)火裝置采用220VAC不間斷電源進(jìn)行操作。2.5爆破片旁通回路若聯(lián)合站和輕烴處理裝置緊急放空時(shí),低溫天然氣通過水封罐有可能發(fā)生凍堵,導(dǎo)致火炬總管不通暢,從而危及整個(gè)放空系統(tǒng)的正常工作和聯(lián)合站、輕烴處理裝置的安全,靠人為手動(dòng)控制不現(xiàn)實(shí)也不可能。為此我們考慮同水封罐并聯(lián)設(shè)置爆破片旁通回路1套,爆破片采用正拱刻槽型,爆破壓力100kPa,爆破片材質(zhì)304SS,帶夾持器。當(dāng)緊急放空,如果水封罐發(fā)生凍堵,則低溫天然氣可以沖破爆破片,從旁通進(jìn)入火炬系統(tǒng)燃燒,從而達(dá)到保護(hù)聯(lián)合站、輕烴處理裝置和火炬系統(tǒng)。3溫米油田火炬氣回收溫米油田火炬放