闭式地面火炬在天然气压气站项目中的应用效果

徐树立, 庄向仕，马贺蒙，李红欣

(1.河北华北石油工程建设有限公司，河北 任丘 062552； 2.承德石油高等专科学校 建筑工程系，河北 承德 067000)

火炬系统是天然气、石油化工装置放空系统的重要组成部分，用来处理不能回收利用废气体的燃烧设施。火炬系统，按照燃烧器的安装高度分为高架火炬和地面火炬。高架火炬是由自控系统、点火系统和一个直立上升的管道组成(见图1)，使用时火焰在顶端点火燃烧，火炬高度从5 m到200 m。因其燃烧远离地面，而不会伤害到人员和工厂，在国内的炼化和燃气行业使用较为广泛；地面火炬又分为开放式地面火炬和闭式地面火炬[1]。地面火炬主要由控制阀、地面火炬(由燃烧器组、防辐射隔热罩和防护墙等)、地面火炬自动点火系统组成。地面火炬系统可将气体放空燃烧火焰完全控制在防辐射隔热罩内，外界看不到火焰、能最大限度的减少热辐射、噪音对工作人员和周围设备的影响。相比高架火炬，地面火炬系统在安全、环境保护、维护修理、经济等方面有一定的优势。

近些年来，随着装备制造业的发展，火炬系统的设计、制造和应用也产生了巨大的变化，从以前简单燃烧不能利用的废气到现在综合考虑环境成本问题。本文将结合西气东输二线霍尔果斯首站工程高架火炬和泰国四号线中间压气站的地面火炬两个实际工程案例对高架火炬和地面火炬系统进行对比分析，分析地面火炬系统的综合应用效果。

1 设计施工及维护检修方面

两种火炬在设计施工时都是根据排放量和排放频率进行设计，施工的主要过程也都主要集中在装置的安装方面。其在设计施工和维护检修方面的对比主要表现在以下几处：

1)设计中，闭式地面火炬系统不需要高架火炬常用的水封罐，并且燃烧器设置在距地面2～3 m处，燃烧器四周设置有钢结构绝热墙和安全防护墙，因此，不会形成“火雨”。

2)施工过程中，高架火炬施工高度较高，一般需要较高的钢结构作为支撑体系，不便于施工，而地面火炬安装高度普遍低于高架火炬，隔热墙和保护墙吊装施工难度也低于钢结构高架支撑施工。

3)闭式地面火炬的调节控制阀门为快速开关型，配合在线监测仪表设备和工艺设施，可以实现微正压值下切断阀门，并迅速使用氮气对天然气管道进行吹扫，确保不会发生爆炸和爆燃。

4)火炬系统中最容易出现的故障的地方为燃烧器，高架火炬燃烧器位于高架端部，维修和维护较为不便，而闭式地面火炬的燃烧器均设置在地面较低位置，检修方面，便于后期维护。

2 安全、环保护方面

高架火炬在工作时表现为火炬顶部火焰燃烧，此处的燃烧除了一般的温度控制外没有其他的控制措施，因此在火炬燃烧是可以看到火炬顶部的火苗，并产生很大的排气噪音，在天然气站排空时产生的火苗和噪声均可在10公里范围内看到听到，并且燃烧可能因气体流速流量问题而不能完成燃烧，造成有害气体外泄等问题。地面火炬相比起来，在安全和环保方面要优秀很多，主要表现在以下几个方面

1)闭式地面火炬设置有多种检测仪表设备和红外摄像头，且仪表设备信号普遍接入天然气压气站工艺操作系统和监控系统，系统对其状态进行实时监测，状态出现问题时，系统可以自动报警，避免产生事故。

2)闭式地面火炬可以根据不同的处理量和系统压力自动调整单级或多级燃烧，且每级燃烧设置多个燃烧器，燃烧器间的间距也经过优化，能使可燃废气与空气充分接触，且能控制燃烧时的温度，因此闭式地面火炬以较低温度燃烧，燃烧效率高且氮氧化合物排放量低，可以实现无烟燃烧[2]。

3)闭式地面火炬设置有钢结构绝热墙和混凝土安全防护墙，在火炬燃烧时能有效减少热辐射和噪声，极大降低对周边环境和设施的危害。同时也符合持续发展要求，能避免因后续社会进步带来的设备改进费用和影响周围环境导致的处罚和索赔。

3 经济效益方面

经济效果的对比我们采用上述两个压气站的不同火炬系统，泰国四号线中间压气站和西气东输二线霍尔果斯首站均采用4台30 MW燃驱压缩机组，规模类似，具有一定的可比性。因此将霍尔果斯首站与泰国四号线中间压气站的两种火炬系统进行综合经济效果对比，评价考虑了以下几个部分：(为了比对方便，将所有成本均折合成美元。)

3.1 火炬系统的设计、采购部分

霍尔果斯首站，高架火炬系统是根据站内最大放空处理量进行选型，系统由高架火炬(PN1.6 DN400)和水封罐等组成，国内设计采购费用约为50万美元；泰国压气站，地面火炬系统由地面火炬(60 t/h)和放空立管(440 t/h)组成，闭式地面火炬的选择是根据天然气站场的最大放空处理量、放空频率及年排放要求，综合计算得出，综合设计采购成本约为210万美元。

由此看出，地面火炬系统的设计采购投入远大于高架火炬，这也是高架火炬在国内应用广泛的主要原因。

3.2 火炬系统的占地面积

霍尔果斯首站高架火炬设置在站外110 m处，火炬高度30 m，火炬区占地面积为576 m2，考虑出站管道等设施，综合面积约为1 000 m2； 泰国压气站闭式地面火炬设置在压气站站内，火炬区占地 441 m2，无其他占地。

说明地面火炬系统能够有效的节省占地，减少对周围土地的征用和浪费。对保护环境资源更有利。

3.3 施工成本

施工成本方面我们主要对比安装成本。霍尔果斯首站高架火炬重量约为8 t，加上钢结构支撑体系，总重量约为20 t。火炬管道和设备分为两部分安装，要求最大吊装高度为45 m，考虑出站管道、土建和钢结构安装后的综合成本约为8万美元；泰国压气站闭式地面火炬总重量约为73 t，包含镀锌钢结构框架、内敷高温绝热材料和外侧设有混凝土安全防护墙，要求吊装高度为25 m，综合施工成本约为10万美元。

施工成本方面因国外施工时人工费用高于国内(人工定额高)，而两者的综合成本相差不大，但地面火炬在施工时要求的难度较低，两者的成本差还是可以接受的。

3.4 环境效益和使用成本

地面火炬系统燃烧充分，对环境较为友好，且占地面积小，在环境效益方面更好。

两种火炬系统在使用过程中主要是维护维修成本，因目前装备制造技术发展，这两种火炬的维护频率都不高，但考虑易损件的安装高度等因素，闭式地面火炬相比高架火炬维护方便。

4 结论及建议

综上所述,通过上述两种火炬系统在设计施工、安全环保和经济成本方面的对比和分析,我们发现地面火炬虽然在设计采购和施工成本方面略高于目前的高架火炬，但其能够减少对环境的破坏，减少污废排放，节约用地，并能够更加安全方便的进行设备的安装和后期维护，而具有更好的环境效益。

因此，根据目前国内的环境形势和环保政策，建议在国内压气站、炼化装置的火炬系统选型中可以适时选择闭式地面火炬系统，以达到较好的环境效益和和社会效益。