徐樹(shù)立, 莊向仕，馬賀蒙，李紅欣

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

火炬系統(tǒng)是天然氣、石油化工裝置放空系統(tǒng)的重要組成部分，用來(lái)處理不能回收利用廢氣體的燃燒設(shè)施?；鹁嫦到y(tǒng)，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(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)和一個(gè)直立上升的管道組成(見(jiàn)圖1)，使用時(shí)火焰在頂端點(diǎn)火燃燒，火炬高度從5 m到200 m。因其燃燒遠(yuǎn)離地面，而不會(huì)傷害到人員和工廠，在國(guó)內(nèi)的煉化和燃?xì)庑袠I(yè)使用較為廣泛；地面火炬又分為開(kāi)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(hù)墻等)、地面火炬自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)組成。地面火炬系統(tǒng)可將氣體放空燃燒火焰完全控制在防輻射隔熱罩內(nèi)，外界看不到火焰、能最大限度的減少熱輻射、噪音對(duì)工作人員和周?chē)O(shè)備的影響。相比高架火炬，地面火炬系統(tǒng)在安全、環(huán)境保護(hù)、維護(hù)修理、經(jīng)濟(jì)等方面有一定的優(yōu)勢(shì)。

近些年來(lái)，隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展，火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用也產(chǎn)生了巨大的變化，從以前簡(jiǎn)單燃燒不能利用的廢氣到現(xiàn)在綜合考慮環(huán)境成本問(wèn)題。本文將結(jié)合西氣東輸二線霍爾果斯首站工程高架火炬和泰國(guó)四號(hào)線中間壓氣站的地面火炬兩個(gè)實(shí)際工程案例對(duì)高架火炬和地面火炬系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，分析地面火炬系統(tǒng)的綜合應(yīng)用效果。

1 設(shè)計(jì)施工及維護(hù)檢修方面

兩種火炬在設(shè)計(jì)施工時(shí)都是根據(jù)排放量和排放頻率進(jìn)行設(shè)計(jì)，施工的主要過(guò)程也都主要集中在裝置的安裝方面。其在設(shè)計(jì)施工和維護(hù)檢修方面的對(duì)比主要表現(xiàn)在以下幾處：

1)設(shè)計(jì)中，閉式地面火炬系統(tǒng)不需要高架火炬常用的水封罐，并且燃燒器設(shè)置在距地面2～3 m處，燃燒器四周設(shè)置有鋼結(jié)構(gòu)絕熱墻和安全防護(hù)墻，因此，不會(huì)形成“火雨”。

2)施工過(guò)程中，高架火炬施工高度較高，一般需要較高的鋼結(jié)構(gòu)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(hù)墻吊裝施工難度也低于鋼結(jié)構(gòu)高架支撐施工。

3)閉式地面火炬的調(diào)節(jié)控制閥門(mén)為快速開(kāi)關(guān)型，配合在線監(jiān)測(cè)儀表設(shè)備和工藝設(shè)施，可以實(shí)現(xiàn)微正壓值下切斷閥門(mén)，并迅速使用氮?dú)鈱?duì)天然氣管道進(jìn)行吹掃，確保不會(huì)發(fā)生爆炸和爆燃。

4)火炬系統(tǒng)中最容易出現(xiàn)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(hù)較為不便，而閉式地面火炬的燃燒器均設(shè)置在地面較低位置，檢修方面，便于后期維護(hù)。

2 安全、環(huán)保護(hù)方面

高架火炬在工作時(shí)表現(xiàn)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(méi)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(chǎn)生很大的排氣噪音，在天然氣站排空時(shí)產(chǎn)生的火苗和噪聲均可在10公里范圍內(nèi)看到聽(tīng)到，并且燃燒可能因氣體流速流量問(wèn)題而不能完成燃燒，造成有害氣體外泄等問(wèn)題。地面火炬相比起來(lái)，在安全和環(huán)保方面要優(yōu)秀很多，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面

1)閉式地面火炬設(shè)置有多種檢測(cè)儀表設(shè)備和紅外攝像頭，且儀表設(shè)備信號(hào)普遍接入天然氣壓氣站工藝操作系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，狀態(tài)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)報(bào)警，避免產(chǎn)生事故。

2)閉式地面火炬可以根據(jù)不同的處理量和系統(tǒng)壓力自動(dòng)調(diào)整單級(jí)或多級(jí)燃燒，且每級(jí)燃燒設(shè)置多個(gè)燃燒器，燃燒器間的間距也經(jīng)過(guò)優(yōu)化，能使可燃廢氣與空氣充分接觸，且能控制燃燒時(shí)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(shí)現(xiàn)無(wú)煙燃燒[2]。

3)閉式地面火炬設(shè)置有鋼結(jié)構(gòu)絕熱墻和混凝土安全防護(hù)墻，在火炬燃燒時(shí)能有效減少熱輻射和噪聲，極大降低對(duì)周邊環(huán)境和設(shè)施的危害。同時(shí)也符合持續(xù)發(fā)展要求，能避免因后續(xù)社會(huì)進(jìn)步帶來(lái)的設(shè)備改進(jìn)費(fèi)用和影響周?chē)h(huán)境導(dǎo)致的處罰和索賠。

3 經(jīng)濟(jì)效益方面

經(jīng)濟(jì)效果的對(duì)比我們采用上述兩個(gè)壓氣站的不同火炬系統(tǒng)，泰國(guó)四號(hào)線中間壓氣站和西氣東輸二線霍爾果斯首站均采用4臺(tái)30 MW燃驅(qū)壓縮機(jī)組，規(guī)模類(lèi)似，具有一定的可比性。因此將霍爾果斯首站與泰國(guó)四號(hào)線中間壓氣站的兩種火炬系統(tǒng)進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)效果對(duì)比，評(píng)價(jià)考慮了以下幾個(gè)部分：(為了比對(duì)方便，將所有成本均折合成美元。)

3.1 火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、采購(gòu)部分

霍爾果斯首站，高架火炬系統(tǒng)是根據(jù)站內(nèi)最大放空處理量進(jìn)行選型，系統(tǒng)由高架火炬(PN1.6 DN400)和水封罐等組成，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)采購(gòu)費(fèi)用約為50萬(wàn)美元；泰國(guó)壓氣站，地面火炬系統(tǒng)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(jù)天然氣站場(chǎng)的最大放空處理量、放空頻率及年排放要求，綜合計(jì)算得出，綜合設(shè)計(jì)采購(gòu)成本約為210萬(wàn)美元。

由此看出，地面火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采購(gòu)?fù)度脒h(yuǎn)大于高架火炬，這也是高架火炬在國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛的主要原因。

3.2 火炬系統(tǒng)的占地面積

霍爾果斯首站高架火炬設(shè)置在站外110 m處，火炬高度30 m，火炬區(qū)占地面積為576 m2，考慮出站管道等設(shè)施，綜合面積約為1 000 m2； 泰國(guó)壓氣站閉式地面火炬設(shè)置在壓氣站站內(nèi)，火炬區(qū)占地 441 m2，無(wú)其他占地。

說(shuō)明地面火炬系統(tǒng)能夠有效的節(jié)省占地，減少對(duì)周?chē)恋氐恼饔煤屠速M(fèi)。對(duì)保護(hù)環(huán)境資源更有利。

3.3 施工成本

施工成本方面我們主要對(duì)比安裝成本?；魻柟故渍靖呒芑鹁嬷亓考s為8 t，加上鋼結(jié)構(gòu)支撐體系，總重量約為20 t?；鹁婀艿篮驮O(shè)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(jié)構(gòu)安裝后的綜合成本約為8萬(wàn)美元；泰國(guó)壓氣站閉式地面火炬總重量約為73 t，包含鍍鋅鋼結(jié)構(gòu)框架、內(nèi)敷高溫絕熱材料和外側(cè)設(shè)有混凝土安全防護(hù)墻，要求吊裝高度為25 m，綜合施工成本約為10萬(wàn)美元。

施工成本方面因國(guó)外施工時(shí)人工費(fèi)用高于國(guó)內(nèi)(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(shí)要求的難度較低，兩者的成本差還是可以接受的。

3.4 環(huán)境效益和使用成本

地面火炬系統(tǒng)燃燒充分，對(duì)環(huán)境較為友好，且占地面積小，在環(huán)境效益方面更好。

兩種火炬系統(tǒng)在使用過(guò)程中主要是維護(hù)維修成本，因目前裝備制造技術(shù)發(fā)展，這兩種火炬的維護(hù)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(hù)方便。

4 結(jié)論及建議

綜上所述,通過(guò)上述兩種火炬系統(tǒng)在設(shè)計(jì)施工、安全環(huán)保和經(jīng)濟(jì)成本方面的對(duì)比和分析,我們發(fā)現(xiàn)地面火炬雖然在設(shè)計(jì)采購(gòu)和施工成本方面略高于目前的高架火炬，但其能夠減少對(duì)環(huán)境的破壞，減少污廢排放，節(jié)約用地，并能夠更加安全方便的進(jìn)行設(shè)備的安裝和后期維護(hù)，而具有更好的環(huán)境效益。

因此，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)的環(huán)境形勢(shì)和環(huán)保政策，建議在國(guó)內(nèi)壓氣站、煉化裝置的火炬系統(tǒng)選型中可以適時(shí)選擇閉式地面火炬系統(tǒng)，以達(dá)到較好的環(huán)境效益和和社會(huì)效益。