周長(zhǎng)李 黃知坤 胡漢董
[摘要]火炬安全放空系統(tǒng)是保障輸氣站安全的最重要的設(shè)施之一,川氣東送管線上火炬系統(tǒng)在投用時(shí)存在進(jìn)水短路、雷擊元件燒毀的現(xiàn)象,降低了設(shè)備完好率,增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。本文先從結(jié)構(gòu)入手,探討問(wèn)題原因,尋找技術(shù)防治措施并合理應(yīng)用,改善運(yùn)行狀況。
[關(guān)鍵詞]天然氣站場(chǎng);放空;火炬;防潮;密封;防雷
0引言
放空火炬系統(tǒng)是天然氣輸氣站場(chǎng)地面建設(shè)工程的安全放空設(shè)施,要求在正常檢修維護(hù)或事故狀態(tài)時(shí)能夠及時(shí)、安全、可靠的將天然氣通過(guò)放空火炬排放燃燒,達(dá)到健康、安全、環(huán)保的要求。放空火炬系統(tǒng)的運(yùn)行安全,對(duì)站場(chǎng)的生產(chǎn)安全管理有著重大影響,因此對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行研究分析,在減少系統(tǒng)運(yùn)行故障,提高設(shè)備完好率,降低安全風(fēng)險(xiǎn),保障連續(xù)生產(chǎn)等方面具有很重要的意義。
1火炬系統(tǒng)的基本組成與原理
火炬系統(tǒng)主要是由遠(yuǎn)程控制箱、就地控制箱、排放氣工藝管路、火炬筒體、引火工藝管路及輔助部件組成。系統(tǒng)共有4種點(diǎn)火方式:遠(yuǎn)程自動(dòng)點(diǎn)火、遠(yuǎn)程手動(dòng)點(diǎn)火、就地手動(dòng)點(diǎn)火、外傳火點(diǎn)火,前3種屬于控制點(diǎn)火,后1種為備用手動(dòng)點(diǎn)火。其中遠(yuǎn)程自動(dòng)點(diǎn)火、遠(yuǎn)程手動(dòng)點(diǎn)火可由操作遠(yuǎn)程控制箱來(lái)實(shí)現(xiàn);就地手動(dòng)點(diǎn)火可操作就地控制箱實(shí)現(xiàn);外傳火點(diǎn)火可通過(guò)火把依次傳火至一級(jí)引火管、二級(jí)引火管、傳燃管,在無(wú)外電源時(shí)實(shí)現(xiàn)緊急點(diǎn)燃放空,
控制點(diǎn)火工作原理:采用遠(yuǎn)程自動(dòng)/手動(dòng)點(diǎn)火和就地點(diǎn)火方式相結(jié)合的方法,即:在控制室遠(yuǎn)程控制箱上手動(dòng)點(diǎn)火,點(diǎn)火成功系統(tǒng)可將火焰信號(hào)反饋給站控系統(tǒng)。同時(shí)控制柜上設(shè)有就地和遠(yuǎn)控轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),便于進(jìn)行就地和遠(yuǎn)程控制單步控制?,F(xiàn)場(chǎng)安裝就地控制箱(防爆型),可操作點(diǎn)火開(kāi)關(guān)進(jìn)行就地點(diǎn)火控制。點(diǎn)火控制采用PLC作為中央控制單元,控制系統(tǒng)可提供放空氣壓力開(kāi)關(guān)或流量開(kāi)關(guān)信號(hào)。
2火炬故障問(wèn)題
2.1現(xiàn)場(chǎng)控制箱水汽問(wèn)題
現(xiàn)場(chǎng)就地控制箱含水汽是因防爆箱的密封不良所所致,雨季尤為嚴(yán)重,會(huì)造成線路短路,中間繼電器、流量開(kāi)關(guān)等原件的燒毀,無(wú)法實(shí)現(xiàn)就地、自動(dòng)點(diǎn)火功能,因此需要對(duì)其予以重視,進(jìn)行結(jié)構(gòu)密封優(yōu)化或相關(guān)維護(hù)措施。
2.2火炬系統(tǒng)防雷問(wèn)題
電閃雷鳴是一種自然現(xiàn)象。雷電的電壓很高,一次放電時(shí)間雖然只有0.01S左右,瞬時(shí)電流強(qiáng)度驚人。雷電放電時(shí),可使電氣設(shè)備絕緣擊穿,建筑物造成破壞,家用電器擊毀,人體及牲畜死亡或受傷等。雷擊分為直接雷擊和感應(yīng)雷擊兩種。雷云對(duì)地面物體或人畜直接放電的現(xiàn)象叫直接雷擊:架空電纜或室外天線被空中帶電云放電形成的強(qiáng)電場(chǎng)的感生電動(dòng)勢(shì)沖擊家用電器或電子設(shè)備的現(xiàn)象叫感應(yīng)雷擊。避雷的方法視具體情況而定。川氣東送管道地處雷電天氣的頻繁出現(xiàn)的地區(qū),因防雷接地或其他防雷措施未到位,火炬系統(tǒng)無(wú)論是遠(yuǎn)程控制柜還是現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)控制設(shè)備中儀器儀表燒毀而無(wú)法使用的情況屢屢發(fā)生,因此需要研究分析找出解決方案。
3火炬故障問(wèn)題的解決方法
3.1防水強(qiáng)化措施
采用橡膠或密封襯墊密封時(shí),箱體內(nèi)壓P與密封面壓σ(一般有螺栓預(yù)緊力提供)的關(guān)系是:P≤σ。但密封面壓必須是連續(xù)分布在密封部分,即形成密封帶。密封帶的型成主要取決于一下3個(gè)因素:偶合面的剛性、螺栓的分布以及螺栓預(yù)緊力和預(yù)緊順序??刂葡涑3J艿劫|(zhì)量的限制,箱體的整體剛性較小,為保證密封帶的形成,一般采用加大密封面的局部剛度和增加螺栓的數(shù)量;在密封面上的螺栓和定位銷(xiāo)孔口應(yīng)倒角以免在孔口出現(xiàn)高應(yīng)力區(qū)。在預(yù)緊螺栓時(shí),要盡量將誤差消除在兩個(gè)螺栓之間,以免出現(xiàn)誤差積累效應(yīng),使密封面壓嚴(yán)重不均而產(chǎn)生泄漏,即裝配時(shí)螺栓應(yīng)按對(duì)稱(chēng)預(yù)緊的原則進(jìn)行預(yù)緊。另外還可以在裝配面上涂抹潤(rùn)滑脂進(jìn)一步保護(hù)密封元件、縮小縫隙。
另外因環(huán)境溫度(晝夜溫度、季節(jié)溫度)變化。無(wú)論箱體及防爆格蘭密封多好,箱體內(nèi)空氣熱脹冷縮引起的呼吸作用必然存在,何況電氣箱體上也有排潮用呼吸孔,加上安裝條件限制,尤其是在老舊設(shè)備上呼吸作用引起的進(jìn)入水汽比較明顯,可采用內(nèi)外防水防潮的兩項(xiàng)措施:一是,定期更換內(nèi)部干燥劑(如無(wú)氯化鈷橙色變色硅膠干燥劑等)及清理呼吸孔:二是。應(yīng)有防止水沿面滲入呼吸孔或箱體的措施,保證正常呼吸情況下水汽不會(huì)進(jìn)入箱體內(nèi)部,如加裝防雨罩。
3.2防雷強(qiáng)化措施
高聳火炬的引雷作用,防雷措施更為必要,需采用分流、屏蔽、搭接、接地、保護(hù)系統(tǒng)(D.S.B.G.P系統(tǒng))。①分流(D):火炬頂裝高出天線的避雷針,將大量電流引到接地網(wǎng),進(jìn)行分流和降低電位。②屏蔽(S):所有信號(hào)線、PLC各導(dǎo)線均采用屏蔽線或穿入鐵管,且屏蔽層或鐵管的兩端接地。③搭接(B):所有電纜連接處、電纜與機(jī)器連接處進(jìn)行電氣搭接。④接地(G):所有金屬架構(gòu)、管道、導(dǎo)線金屬屏蔽層或穿線鐵管連在一起與大地連接。樓內(nèi)的防雷接地、工作接地、保護(hù)接地均需連在一起,以均衡電位。⑤保護(hù)(P):PLC、數(shù)顯儀表等引出的信號(hào)線應(yīng)裝設(shè)多級(jí)保護(hù),以防止信號(hào)線遭雷擊或發(fā)生雷電感應(yīng)時(shí)侵入波損壞設(shè)備。
鑒于這五個(gè)方面,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況,輸氣站開(kāi)展了4項(xiàng)措施及改造:
1)檢查搭接情況。查看并排除接線端虛接、銅綠等情況。保證接線有效可靠。
2)檢查接地情況。檢查控制箱、電磁閥、流量開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)接地線是否完好,適當(dāng)予以維護(hù)、更換,保證接地線截面積符合規(guī)定(絕緣銅線截面積大于2.5mm2),保證接地連接點(diǎn)無(wú)銹蝕、導(dǎo)通性能良好。
3)測(cè)試接地情況。用搖表測(cè)試放空區(qū)就地控制箱、電磁閥、流量開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)接地電阻是否小于4n,不合格需要重新做好連接或更換接地扁鐵直至合格。雷擊時(shí),使和電子設(shè)備相連接的地都處在同一電位(消除地的電位差)。
4)強(qiáng)化電氣保護(hù)。在供電線路、通信線路均為埋地電纜穿地的前提下,首先檢查遠(yuǎn)控箱接地及對(duì)地電阻;再在供電線路、信號(hào)線路上加裝防雷器件,防止雷電感應(yīng)而引起感應(yīng)雷通過(guò)電源線、信號(hào)線傳人電子設(shè)備。因?yàn)槎啻蔚睦纂娨饠?shù)顯儀表、流量開(kāi)關(guān)損壞,對(duì)遠(yuǎn)控機(jī)柜(220V、10A)電源線、流量開(kāi)關(guān)(24V、0.09A)至機(jī)柜信號(hào)線加裝220V電涌防護(hù)器、24V控制信號(hào)防雷保護(hù)器(如RS-485),同時(shí)對(duì)信號(hào)線加裝對(duì)應(yīng)保險(xiǎn)端子。
4效果及結(jié)論
4.1效果
以一個(gè)輸氣站為樣板開(kāi)展以上應(yīng)用,在防爆控制箱防水防潮方面,采用防雨罩、干燥劑等方法后得到有效改善,歷時(shí)1年的觀察,未發(fā)生因水汽進(jìn)入短路的故障。在系統(tǒng)防雷方面,在采取以上防雷措施及改造后,在不少于5次的雷電天氣中,僅有一次雷暴中造成信號(hào)浪涌擊穿,但是設(shè)備未出現(xiàn)任何問(wèn)題,有效保護(hù)了系統(tǒng)安全。
4.2結(jié)論
鑒于以上研究應(yīng)用效果,為提高火炬系統(tǒng)的可靠度、設(shè)備完好率,一方面對(duì)于新建設(shè)場(chǎng)站,做好前期裝配與接地是非常重要的:另一方面對(duì)已投產(chǎn)的火炬系統(tǒng)而言,做好以下三點(diǎn):①做好現(xiàn)場(chǎng)控制箱防水防潮,保證內(nèi)部設(shè)備不受潮短路;②做好火炬系統(tǒng)接地檢測(cè)、整改及控制系統(tǒng)防雷優(yōu)化改造,保證雷暴影響將至最低;③改變觀念,進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)管理,制定周期性測(cè)試維護(hù)計(jì)劃并嚴(yán)格實(shí)施。真正意義上的改進(jìn)與解決,需要從火炬設(shè)計(jì)、站場(chǎng)設(shè)計(jì)層面出發(fā),在此不予討論。
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