油田火炬的供電設(shè)計(jì)方法

原創(chuàng)2022-01-29 11:01·電氣技術(shù)

火炬作為油田必不可少的設(shè)施，其可靠、穩(wěn)定的工作是油田安全生產(chǎn)的前提。針對(duì)火炬高溫環(huán)境和遠(yuǎn)距離的特點(diǎn)，如何經(jīng)濟(jì)合理的供電，是作者論述的重點(diǎn)。作者以中國(guó)企業(yè)在伊拉克建成投產(chǎn)的某油田作為設(shè)計(jì)實(shí)例，從溫度、地形、用電負(fù)荷三方面進(jìn)行論述說明。

1 工程條件

本項(xiàng)目地處伊拉克南部，亞熱帶沙漠氣候，夏季平均最高氣溫為55℃。火炬高度 65m，其中高壓火炬放空氣體流速2500000 Sm3/d，低壓火炬放空氣體流速600000 Sm3/d。火炬距廠區(qū)圍墻250m，敷設(shè)至變電所的電纜長(zhǎng)度為990m，根據(jù)API 521-2007計(jì)算其熱輻射半徑為190m。高低壓火炬下共設(shè)四臺(tái)75kW的鼓風(fēng)機(jī)（三用一備）。

2 溫度條件

在海外油田地面工程中，因?yàn)槎喾矫嬖颍吞幚砗蜌馓幚碓O(shè)施非同期建設(shè)，所以存在火炬常燃的情況，通常需要常燃數(shù)年。這與煉油化工廠的事故火炬是不同的，故火炬周圍的溫度很高，對(duì)電氣設(shè)備正常運(yùn)行和維護(hù)帶來很大的困難。

根據(jù)API 521-2007計(jì)算火炬對(duì)環(huán)境空氣溫度的影響，本項(xiàng)目火炬底部空氣溫度增加10℃。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，伊拉克當(dāng)?shù)囟練鉁貫?0℃，火炬垂直下方溫度計(jì)顯示為64℃，而相同位置遮陽(yáng)棚內(nèi)溫度計(jì)顯示為23℃。距火源相同的距離，遮陽(yáng)棚內(nèi)外溫差41℃的原因是熱輻射被隔離。

熱傳遞有三種方式:傳導(dǎo)、對(duì)流和熱輻射。熱輻射與空氣無關(guān)，熱量以電磁射線的方式直接加熱物體，這就說明如果在電氣設(shè)備與火源之間設(shè)置隔離物，火源熱輻射對(duì)電氣設(shè)備的影響并不大，主要是空氣溫度的影響，其次為周圍被加熱物體的熱輻射（如遮陽(yáng)棚和地

伊拉克夏季平均最高氣溫為55℃，如果配電箱設(shè)置在火炬底部，并采用遮陽(yáng)棚的話，根據(jù)以上測(cè)量結(jié)果，配電箱內(nèi)溫度會(huì)接近并超過大部分?jǐn)嗦菲?0℃的上限溫度。故火炬配電箱應(yīng)安裝在火炬熱輻射范圍外（本項(xiàng)目熱輻射半徑為190m），以保證電氣設(shè)備的工作可靠性。

即使工程建設(shè)所在區(qū)域的環(huán)境溫度較低，設(shè)備表面溫度低于70℃，但考慮到火炬熱輻射，操作人員難以到達(dá)火炬底部進(jìn)行正常操作和維護(hù)。配電設(shè)備也應(yīng)設(shè)置在火炬熱輻射范圍之外。另外，火炬底部照度較高，同時(shí)因火炬熱輻射，建議火炬底部的鼓風(fēng)機(jī)棚（遮陽(yáng)棚）內(nèi)不設(shè)照明燈具。

也有項(xiàng)目采用正壓通風(fēng)的方式，以降低防爆配電箱的內(nèi)部溫度。但火炬一般距廠區(qū)較遠(yuǎn)，同時(shí)每個(gè)防爆箱需要較大且持續(xù)的儀表風(fēng)，以尼日爾某油田為例，其防爆配電箱的用氣量為1m3/min。從經(jīng)濟(jì)性和安全性考慮，正壓通風(fēng)的方式不是最優(yōu)方案。

3 用電負(fù)荷

火炬根據(jù)其氣體流速，一般分為音速火炬和非音速火炬。非音速火炬，需設(shè)鼓風(fēng)機(jī)增加空氣比例和流速；而音速火炬一般用電負(fù)荷較小，僅需提供點(diǎn)火器電源。鼓風(fēng)機(jī)的功率一般較大，又因火炬離廠區(qū)較遠(yuǎn)，所以優(yōu)選的方案是在廠區(qū)圍墻附近設(shè)置箱式變壓器，這樣既解決了遠(yuǎn)距離線路壓降的問題，又可在箱式變壓器中設(shè)空調(diào)以解決電氣元件過熱的問題，同時(shí)更便于將來的廠區(qū)擴(kuò)建。

以本項(xiàng)目為例，火炬總功率225kW，至變電所的電纜敷設(shè)路徑為990m。假如不設(shè)置變壓器而采用直接由變電所低壓配電的方案，將總配電箱設(shè)置在火炬熱輻射范圍外的廠區(qū)圍墻處。經(jīng)計(jì)算，若線路壓降小于5%，則需要截面3x240+2x120mm2的低壓電纜4.5km，以及截面3x240mm2的低壓電纜1.2km。經(jīng)計(jì)算，有功功率損耗ΔP為6.5kW，無功功率損耗ΔQ為5.5kvar，其經(jīng)濟(jì)型和可靠性都不好。

4 地形條件

本項(xiàng)目火炬設(shè)在廠區(qū)防洪堤外，在安裝時(shí)需要考慮洪水位，本項(xiàng)目洪水線5.5m，所以配電箱需要設(shè)置在5.5m之上，制作較高的基礎(chǔ)支架或者掛在管廊上，這給施工人員以及操作人員都帶來了困難。因此若設(shè)置箱式變壓器的話，需要設(shè)置在防洪堤內(nèi)。

5 結(jié)論

本案例火炬具有以下特點(diǎn)：1.常年燃燒；2.環(huán)境氣溫高；3.用電負(fù)荷大，其供電條件的苛刻性高于大部分項(xiàng)目，具有典型性和指導(dǎo)性。從以上分析得出，無論從可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及實(shí)用性考慮，采用箱式變壓器，并將其設(shè)置在火炬熱輻射范圍外的廠區(qū)圍墻處是本項(xiàng)目的優(yōu)選方案。

從本案例中可以看出，在火炬配電設(shè)計(jì)時(shí)需要從以下方面考慮：1.環(huán)境氣溫；2.燃燒方式；3.火炬類型；4.用電負(fù)荷；5.地形條件；6.操作安全；7.可擴(kuò)展性。這些因素缺一不可，其優(yōu)先級(jí)應(yīng)由具體項(xiàng)目的特點(diǎn)確定。

考慮到火炬在石化企業(yè)中的重要和關(guān)鍵作用，作者建議無論是否為常燃火炬，都應(yīng)將火炬的操作和配電設(shè)備安裝在火炬熱輻射范圍外，以保證突發(fā)事故發(fā)生時(shí)，運(yùn)行人員能安全、便捷的操作和撤離。

本文編自《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“油田地面工程火炬的供電設(shè)計(jì)分析”，作者為劉錕。