浅谈输气站场放空火炬系统故障的研究与应用

周长李　黄知坤　胡汉董

[摘要]火炬安全放空系统是保障输气站安全的最重要的设施之一，川气东送管线上火炬系统在投用时存在进水短路、雷击元件烧毁的现象，降低了设备完好率，增加了安全风险。本文先从结构入手，探讨问题原因，寻找技术防治措施并合理应用，改善运行状况。

[关键词]天然气站场；放空；火炬；防潮；密封；防雷

0引言

放空火炬系统是天然气输气站场地面建设工程的安全放空设施，要求在正常检修维护或事故状态时能够及时、安全、可靠的将天然气通过放空火炬排放燃烧，达到健康、安全、环保的要求。放空火炬系统的运行安全，对站场的生产安全管理有着重大影响，因此对该系统进行研究分析，在减少系统运行故障，提高设备完好率，降低安全風险，保障连续生产等方面具有很重要的意义。

1火炬系统的基本组成与原理

火炬系统主要是由远程控制箱、就地控制箱、排放气工艺管路、火炬筒体、引火工艺管路及辅助部件组成。系统共有4种点火方式：远程自动点火、远程手动点火、就地手动点火、外传火点火，前3种属于控制点火，后1种为备用手动点火。其中远程自动点火、远程手动点火可由操作远程控制箱来实现；就地手动点火可操作就地控制箱实现；外传火点火可通过火把依次传火至一级引火管、二级引火管、传燃管，在无外电源时实现紧急点燃放空，

控制点火工作原理：采用远程自动/手动点火和就地点火方式相结合的方法，即：在控制室远程控制箱上手动点火，点火成功系统可将火焰信号反馈给站控系统。同时控制柜上设有就地和远控转换开关，便于进行就地和远程控制单步控制。现场安装就地控制箱（防爆型），可操作点火开关进行就地点火控制。点火控制采用PLC作为中央控制单元，控制系统可提供放空气压力开关或流量开关信号。

2火炬故障问题

2.1现场控制箱水汽问题

现场就地控制箱含水汽是因防爆箱的密封不良所所致，雨季尤为严重，会造成线路短路，中间继电器、流量开关等原件的烧毁，无法实现就地、自动点火功能，因此需要对其予以重视，进行结构密封优化或相关维护措施。

2.2火炬系统防雷问题

电闪雷鸣是一种自然现象。雷电的电压很高，一次放电时间虽然只有0.01S左右，瞬时电流强度惊人。雷电放电时，可使电气设备绝缘击穿，建筑物造成破坏，家用电器击毁，人体及牲畜死亡或受伤等。雷击分为直接雷击和感应雷击两种。雷云对地面物体或人畜直接放电的现象叫直接雷击：架空电缆或室外天线被空中带电云放电形成的强电场的感生电动势冲击家用电器或电子设备的现象叫感应雷击。避雷的方法视具体情况而定。川气东送管道地处雷电天气的频繁出现的地区，因防雷接地或其他防雷措施未到位，火炬系统无论是远程控制柜还是现场检测控制设备中仪器仪表烧毁而无法使用的情况屡屡发生，因此需要研究分析找出解决方案。

3火炬故障问题的解决方法

3.1防水强化措施

采用橡胶或密封衬垫密封时，箱体内压P与密封面压σ（一般有螺栓预紧力提供）的关系是：P≤σ。但密封面压必须是连续分布在密封部分，即形成密封带。密封带的型成主要取决于一下3个因素：偶合面的刚性、螺栓的分布以及螺栓预紧力和预紧顺序。控制箱常常受到质量的限制，箱体的整体刚性较小，为保证密封带的形成，一般采用加大密封面的局部刚度和增加螺栓的数量；在密封面上的螺栓和定位销孔口应倒角以免在孔口出现高应力区。在预紧螺栓时，要尽量将误差消除在两个螺栓之间，以免出现误差积累效应，使密封面压严重不均而产生泄漏，即装配时螺栓应按对称预紧的原则进行预紧。另外还可以在装配面上涂抹润滑脂进一步保护密封元件、缩小缝隙。

另外因环境温度（昼夜温度、季节温度）变化。无论箱体及防爆格兰密封多好，箱体内空气热胀冷缩引起的呼吸作用必然存在，何况电气箱体上也有排潮用呼吸孔，加上安装条件限制，尤其是在老旧设备上呼吸作用引起的进入水汽比较明显，可采用内外防水防潮的两项措施：一是，定期更换内部干燥剂（如无氯化钴橙色变色硅胶干燥剂等）及清理呼吸孔：二是。应有防止水沿面渗入呼吸孔或箱体的措施，保证正常呼吸情况下水汽不会进入箱体内部，如加装防雨罩。

3.2防雷强化措施

高耸火炬的引雷作用，防雷措施更为必要，需采用分流、屏蔽、搭接、接地、保护系统（D.S.B.G.P系统）。①分流（D）：火炬顶装高出天线的避雷针，将大量电流引到接地网，进行分流和降低电位。②屏蔽（S）：所有信号线、PLC各导线均采用屏蔽线或穿入铁管，且屏蔽层或铁管的两端接地。③搭接（B）：所有电缆连接处、电缆与机器连接处进行电气搭接。④接地（G）：所有金属架构、管道、导线金属屏蔽层或穿线铁管连在一起与大地连接。楼内的防雷接地、工作接地、保护接地均需连在一起，以均衡电位。⑤保护（P）：PLC、数显仪表等引出的信号线应装设多级保护，以防止信号线遭雷击或发生雷电感应时侵入波损坏设备。

鉴于这五个方面，结合现场情况，输气站开展了4项措施及改造：

1）检查搭接情况。查看并排除接线端虚接、铜绿等情况。保证接线有效可靠。

2）检查接地情况。检查控制箱、电磁阀、流量开关、压力开关接地线是否完好，适当予以维护、更换，保证接地线截面积符合规定（绝缘铜线截面积大于2.5mm²），保证接地连接点无锈蚀、导通性能良好。

3）测试接地情况。用摇表测试放空区就地控制箱、电磁阀、流量开关、压力开关接地电阻是否小于4n，不合格需要重新做好连接或更换接地扁铁直至合格。雷击时，使和电子设备相连接的地都处在同一电位（消除地的电位差）。

4）强化电气保护。在供电线路、通信线路均为埋地电缆穿地的前提下，首先检查远控箱接地及对地电阻；再在供电线路、信号线路上加装防雷器件，防止雷电感应而引起感应雷通过电源线、信号线传人电子设备。因为多次的雷电引起数显仪表、流量开关损坏，对远控机柜（220V、10A）电源线、流量开关（24V、0.09A）至机柜信号线加装220V电涌防护器、24V控制信号防雷保护器（如RS-485），同时对信号线加装对应保险端子。

4效果及结论

4.1效果

以一个输气站为样板开展以上应用，在防爆控制箱防水防潮方面，采用防雨罩、干燥剂等方法后得到有效改善，历时1年的观察，未发生因水汽进入短路的故障。在系统防雷方面，在采取以上防雷措施及改造后，在不少于5次的雷电天气中，仅有一次雷暴中造成信号浪涌击穿，但是设备未出现任何问题，有效保护了系统安全。

4.2结论

鉴于以上研究应用效果，为提高火炬系统的可靠度、设备完好率，一方面对于新建设场站，做好前期装配与接地是非常重要的：另一方面对已投产的火炬系统而言，做好以下三点：①做好现场控制箱防水防潮，保证内部设备不受潮短路；②做好火炬系统接地检测、整改及控制系统防雷优化改造，保证雷暴影响将至最低；③改变观念，进行预防性维护管理，制定周期性测试维护计划并严格实施。真正意义上的改进与解决，需要从火炬设计、站场设计层面出发，在此不予讨论。

[责任编辑：王伟平]