高压火炬系统氮封优化

姜东（中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司克拉油气开发部，新疆 库尔勒 841000）

1 火炬系统简介

克深天然气处理厂火炬为孔达火炬（音速火炬），分为高压火炬和低压火炬，由筒体、火炬头、点火系统、自控系统等组成。高压火炬设计排放量1700×104m3/d，低压火炬设计排放量200×104m3/d。高压放空系统来源为集气装置、脱水脱烃单元、脱固体杂质单元、外输单元、凝析油单元高压放空气体。放空管线设计管径为DN700，压力2.5MP。

火炬工艺管道流程图

2 高压火炬氮封介绍

孔达火炬采用速度封（分子封），防止空气进入到火炬系统中，形成混合的爆燃气体。由于天然气的密度小于空气密度，所以必须采取密封来防止空气倒流入火炬。分子封采用一定压力与流量的天然气通过火炬头底部来实现密封,当速度封气流的上升速度大于空气向下扩散的速度时就可以起到密封作用。一般采用不含氧的气体，如氮气、天然气。我厂即采用上述两种气体作为密封气体，其中天然气为常用，氮气为备用。

图1 高压火炬氮封示意图

3 高压火炬氮封工艺流程及参数

燃料气自系统来，压力为0.38Mp，氮气自系统来压力维持在0.4—0.6Mp。燃料气直接进入火炬筒体实现分子封的功能，气路上的压力变送器会将检测到的压力传至高压火炬控制盘，实时监测燃料气压力的变化。当燃料气系统出现问题压力持续下降时，压力小于0.2Mp，控制盘上的燃气压力低报警灯亮，此时控制器会给氮气补压阀一个开信号，氮气补压阀开启，氮气进入火炬筒体进行吹扫，始终维持火炬筒体内微正压的环境。当燃气压力恢复到0.2 Mp 以上时，氮气补压阀会自动关闭。如果氮气补压阀没有自动开启，那么控制盘上有手动开关按钮，可以实现人工补压的目的。（见图2）

4 高压火炬氮封存在的问题

自动化维护人员对高压火炬进行检查，在对高压火炬氮封功能测试时发现氮封装置控制回路存在缺陷，会影响火炬的安全运行。氮气补压切断阀只能在控制柜上进行手动开关操作，补压切断阀无法自动开关对氮封装置进行补压。在这种控制逻辑下，当火炬燃气压力低时氮封装置没有报警，会造成回火；火炬熄灭时会造成空气倒流到火炬筒内形成可爆炸的混合气体，当火炬再次点火时会内部爆炸，危及火炬的安全。

图2 高压火炬分子封原理图

5 氮封失效原因分析

针对上述问题，进一步测试，发现主要原因如下：

1)高压火炬压力高、压力低报警值参数设置不合理，燃料气正常运行压力为3.8bar，而燃气压力低设定值为4.0 bar，死区直为1.0 bar，通过模拟信号测试，当燃气压力高于5.0 bar 时燃气压力低包警灯才亮，这种情况下燃气压力无法实现燃气压力低报警功能。

2)高压火炬控制盘的控制回路存在缺陷。当通过754手操器给定与控制参数相符的模拟信号时，氮气补压切断阀也无法自动开启，只能在控制柜上进行手动开关操作，对装置进行补压。

3)在投产前只有设备厂家对高压火炬的氮封功能进行测试，并提交给用户调试报告（工艺部有存档），用户并没有对测试报告的真实性进行检验测试。投产后在年度检修时也没有对火炬的氮封功能进行测试验证，造成火炬氮封功能存在缺陷，火炬运行过程中存在安全隐患。

6 高压火炬氮封优化改造方案

1)查找控制器说明书，调整氮封控制柜安全栅（倍加福KFD2-CRG2-EX1.D)的报警参数。将原燃气压力低报警值由4.0 bar改为3.0 bar；死区值由1.0bar改为0.5bar，当燃气压力低于3.5 bar时，控制柜燃气压力低报警灯亮。

2)优化控制回路。查找安全栅电路图，对氮封控制阀线路进行改造，将安全栅的16号端子与切断阀的24号端子相连，17号端子与21号端子相连。当燃料气路上压力变送器监测到压力低时，电信号会传给压力低报警灯，同时由于对线路进行改造之后，电信号也会通过重新连接的线路传递给氮气补压阀，导通控制回路，实现自动补压。

图3 高压火炬控制盘电路图（红、绿线为改造线路）

3)增加高压火炬燃料气现场压力变送器至主控室信号传输功能。以便运行人员及时观测火炬燃气压力变化，到现场查看氮封补压切断阀开关情况，同时及时排查燃料气压力变化原因，提高火炬区域的安全。

4)加大自身的管理力度，对新建、改建、扩建设备，在装置投产过程中，用户必须亲自参与对所有自控设备的联锁、保护功能进行测试，测试时考虑实际工况，保证装置联锁完好有效。防止出现设备与设计不符，设计与实际工况不符等情况的出现。

7 结语

经过以上改造，高压火炬氮封失效问题被解决，将火炬的安全性提升了一个等级。同时对低压火炬进行测试，未发现与高压火炬同样的情况。通过此类问题，联想到全场自动控制是否还有同样的缺陷存在，为后续的管理以及工作给出了指导意义。