天然气井站放空火炬雷击原因分析和探讨

研究与分析

２００６１２

天然气井站放空火炬雷击原因分析和探讨

施

锐

毛小平

胡永刚

（四川西南油气分公司川东北气矿，达县，６３５０００）

要】为了天然气开采的安全，一般在井站都安有一座放空火炬，由于这些火

炬安装的地理位置比较高，又没有具体的防雷安装措施，所以防空火距近几年发生雷击

【摘

事故很多。本文针对天然气井站安装的放空火炬发生雷击原因进行分析，并提出几点防雷安装规范要求及建议。

【关键词】放空火炬

雷击原因分析

探讨

建议

一、天然气井站放空火距安装情况１、放空火炬简介

放空火炬是石油天然气开采放空不可缺少的安全设施，它的主要作用是保护在天然气开采过程中，防止管线、压力容器、设备超压和处理设备事故、检修时起泄压放空作用。由于它在放空时为了防止空气污染，一般都要进行点火燃烧，因它燃烧时火焰喷出很大很高，加上设计形状又象“火炬”，所以在石油企业把它称为“放空火炬”。

放空火炬在我国石油企业诞生大约在５０－６０年代，当时放空火炬没有现在这样先进，特别是在天然气井站根本没有现在使用的这种放空火炬。那时使用的放空火炬就是自制的大小不同管径的无缝钢管，从井口、高、低压放空阀、安全阀、分离器放空阀、汇气管放空阀、收发球筒等安全阀处，连接到井站附近地形比较高的山坡上或无人居住比较安全的地方，树立一根高约１０多米放空管线，用几根拉绳稳定，出口对准天上放空，点火都是人工操作。到了７０年代放空火炬才在大型的集输气站出现自动点火装置，由于天然气含硫高、腐蚀性大，自动点火装置设计又存在很多问题，所以成功的少。因此那时的天然气集输气站和脱硫厂都是点长明火燃烧，浪费了不少的能源。

９０年代到２０００年随着科学技术的飞跃发展，放空火炬才得到了改进，实现了电子自动点火，并有了专业的生产厂家，这种新型的放空火炬装置在天然气井逐步开始应用。

２、放空火距的规格型号

在石油天然气井站安装的放空火炬型号很多，生

产厂家也多，并且老气井还有自制生产的土火炬，由于天然气井的产气量大小不相同，而且有的井站是多口井在一起，还有的是双层开采井，再加上气井开采年代时间不同，所以在天然气井站安装的放空火炬规格型号也不同。但是现在新安装的放空火炬高度都在２０米左右。见天然气井站常用的放空火炬规格型号见表。

３、放空火炬和点火系统结构

放空火炬规格号型号表

型号Ｈ－５Ｈ－１０Ｈ－１５Ｈ－２０Ｈ－２５

放空（Ｍ／ｈ）２００－３０００８００－１２０００２０００－３０００３５００－５００００５５００－８００００

３

管经（ｍｍ）

Φ５７Φ１０８Φ１５９Φ２１９Φ２７３

高度（Ｍ）

２０

（１）放空火炬结构

放空火炬主要由三大部份组成，（ａ）引射式稳焰废气燃烧塔ＥＰ＂火炬头一个＂，（ｂ）ＲＴＨ４０引火燃烧器火炬头上２个。（ｃ）放空火炬立管一根，见图１

（２）自动控制点火系统

Ａ）电控柜ＨＧ－２个，ＤＮＡ－６Ｂ高能点火器２台，（ｂ）ＤＹＫ远程点火控制箱（分别位于气站的控制室内）１台，（ｃ）引火系统工艺设施一套，（见点系统流程图）。

４、点火系统工作原理：

该系统用两台“ＤＮＡ－６Ｂ高能点火器”，分别控制两只“ＲＴＨ４０引火燃烧器”，使ＲＴＨ－４０在放空管顶部双向放电将引火天然气可靠地点燃：再利用燃烧的火焰将放空气体引燃，达到放空燃烧的目的：放空结束后，按顺序关闭相关的阀门，以达到环保和安全

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研究与分析

居住区，同时也要考虑农田环境不受污染以及森林的防火安全问题。因此它的安装距离离井站生产区有远有近，远的离井站生产区有５０－６００米左右，近的就在井站内距离生产区约５０－６０米。由于有的井站受地理位置限制，加上生产安装时间不同，所以有的老井站放空火炬安装在井站内，距离生产区大约有５０米左右，

高压输出

现场点火按钮

控制电缆高压输出远程点火指示

现场电磁阀开关

远程控制箱（控制在室内）电控制柜

（放空区内）

高压点线

引火燃烧器点火指示

控制电缆

控制的目的，从而节约长期放空燃烧的天然气。

该系统在控制室内安装有“ＤＹＫ远程点火控制箱”在室内都可以对放空火炬进行远程控制。

５、远程点火系统流程及电路图（如图２）

远程点火系统流程及电路图

如七里２５井、雷１２井等。

为什么这些井站安装的放空火炬被雷击呢？如七里２５井安装在站内的火炬，由于它的高度和避雷针高度一样高，并且距离又这么远，避雷针又不能覆盖它，所以它容易被雷击。

铁山２１井放空火炬安装在井站后面山上，离井站水平距离大约３０米左右，离井站高度包括火炬高度大约有３５米，由于它安装的位置较高，所以容易引起雷击，加上它安装的接地线又是与工艺设备、电气设施连接在一起，因此雷击时部份电流经过接地线传入到供电系统，由于供电系统原安装的电缆老化或者避雷设施失效没起到保护作用，所以雷击时引起值班室微机电源线路损坏，微机没有被雷击是因为安装的避雷器起到了保护作用。

另一原因是受到雷电波的损坏，由于雷电波的冲击波很大，当雷击放空火炬时，因值班室离放空火炬不是太远，雷电波把老化线路的避雷设施振坏后，或是老化线路直接受到雷电波影响而烧坏。

马家站的放空自动点火装置属于直接雷造成的，当雷击在放空火炬上时，雷电流直接传入到安装在火炬下方的控制箱内，因雷电流太大，避雷器被损坏后，雷电流直接传入到自动点火系统而损坏。

铁山４井站安装的放空火炬同样在井站后山上，离变压器大约２０米左右，由于当时站上安装的避雷针扁离生活区，所以站内电气设施和生活区得不到避雷针的保护，加上安装在站内的供电线断路器又离放空火炬比较近，因此雷击火炬时受到雷电波的影响或者是直接雷打在了断路器设备而产生起火烧坏。２００５年该井才在生活区增设一基优化式避雷针。

２、接地电阻值偏大问题

由于天然气井站安装的放空火炬一般都在山坡上，石头多土壤干燥，气候变化时电阻值偏大，加上接装置处理困难、施工难度大，埋地深度等没按防雷安全要求施工，因此根据现场测试检查，防空火炬的接地电阻值一般都在１０－３０Ω。

四、雷击放空火炬产生的危害１、对设备电气设施的危害

图１图２远程点火系统流程及电路图

二、天然气井站放空火炬发生雷击情况

２００３年８月１７日铁山四井站放空火炬发生雷起火，同时将站内安装的１０ＫＶ供电线路断路器一台击坏，造成该井站停电２天，直接经济损失８０００元左右。２００６年７月２０日马家计量站收发球筒放空火炬发生雷击起火，造成自动点火装置损坏，经济损失近万元。２００６年８月１３日下午１４：００左右，雷１４井发生雷击放空火炬引火管着火事故。２００６年９月１５日七里２５井放空火炬被雷击着火，同样是引火系统被雷击起火。２００６年８月１３日晚上铁山２１井放空火炬被雷击着火，同时造成值班室电源线路电缆损坏。

三、放空火炬发生雷击的主要原因１、放空火炬设计和安装存在问题

放空火炬发生雷击的主要原因是因放空火距安装的位置比较高，加上它本身高度就有２０米，而且石油天然气井站本身地处山区，又是雷击多发地区，并且放空火炬至今又没有一个防雷安装要求安全规范，所以在设计安装时，根本就没有考虑防雷系统的安装，有的老井站放空火炬接地体都没安（但高度没现在的高），有的作了简单的接处理，并且把接地体和井站工艺设备、强电设备连接在一起（如铁山２１井检查发现），施工单位认为放空管线本身就接了地的，忽略了雷电的危害和忘记了管线都是作了加强绝缘处理的

因

此设计时也没有考虑在放空火炬上安装“避雷针”和井站工艺连接处安装“绝缘法兰”，加上井站安装的避雷针又不能覆盖这么远、而且放空火炬又是这么高，所以近几年天然气井站防空火距发生雷击事故很多。

由于天然气井站地理位置和海拔高度不同，放空火炬安装的地理位置也不同，因放空火炬安装没有具体规范和统一的距离规定，石油企业只作了安全距离要求，所以一般天然气井站安装放空火炬时，设计上选择位置都是比较高的山坡地方，还要考虑四周无人

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研究与分析

由于雷电是一种大气放电的现象，是由于由带有不同电荷的云层放电而产生的。在放电过程中，发生强烈的电光和巨响，同时还将产生强大的电压和电流。因雷电以数十万至数百万伏的冲击电压，对架空高压电线路、电气设备、石油天然气工艺设施、压力容器、输气管道等带来严重的危害。还可能引起火灾或爆炸事故。而且巨大的雷电流流经防雷装置时会造成防雷装置的电位升高，造成高压窜入低压系统，可能直接导致接触电压和跨步电压造成人体伤亡事故。还可使金属管道压力容器烧穿，甚至造成易燃品着火和爆炸，给国家企业和人民生命财产造成重大经济损失。

２、对人体和建筑的危害

雷电流的电磁效应，在它的周围里就会产生强大而变化的磁场，处于这电磁场中间的导体就会感应出很高的电动势。这种强大的感应电动势可以使闭合回路的金属导体，产生很大的感应电流，引起发热及其他破坏，当雷电流入地时，在地面上就会因雷电引起跨步电压，造成人身触电事故。

巨大的雷电流几十至几百千安通过导体，在极短的时间内转换成大量的热能，造成易爆物品燃烧或造成金属熔化、飞溅而引起建筑屋火灾或爆炸事故。

五、对放空火炬安装和防雷措施的几点建议

１、放空火炬安装设计建议

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放空火炬在今后安装设计时，一定考虑雷电对天然气生产造成的危害，应在放空火炬头上安装一根Φ２５ｍｍ镀锌圆钢高１－２米的“避雷针尖”，同时对放空火炬接地应按避雷针安装规范要求，做好独立的接地体，埋地深度要求０．７米下，并且接地装置不能与工艺设备、电力设备、设施等连接，接地电阻值应按避雷针要求＜１０Ω，因放空火炬的高度就相当避雷针。另外在放空火炬“管道“阻火头法兰连接处”，设计、安装“绝缘法兰”一个，绝缘法兰尺寸大小根据放空火炬型号、管经、法兰确定，厚度在３０－４０ｍｍ。在引火装置地面控制部份气管线上设置“绝缘法兰”一个，绝缘法兰尺寸大小根据地面引火气管、管经、法兰确定，厚度在２０－３０ｍｍ，这样就可以防止雷电流进入工艺设备，造成天然气爆炸事故．当雷击放空火炬时，雷电流通过火炬接地体进入大地，达到快速释放雷电流的目的，从而保证天然气井站生产的安全。

２、对防雷安装施工要求建议

施工单位在今后安装放空火炬的防雷接地体时，一定要按防雷规范要求施工，严禁接地体与井站工艺设备和电气设施、房屋等相连，同时要求接地体应该远离易燃易爆品。

（上接第页）

转换为十六进制的云台控制码。并且考虑到协议兼容性问题，解析过程中要标识很多特征位，如地址码、旋转速度码在码片中的位置、校验字节的位置及计算方法以及控制码的码长等。（２）Ｆｌａｓｈ烧写功能。在云台协议文件解析后，将已解析后的云台协议调用底层Ｆｌａｓｈ烧写驱动烧入Ｆｌａｓｈ存储器，并且在需要的时候将协议从Ｆｌａｓｈ存储器中读出。（３）程序初始化。在每次开机后，初始化并设置好所需变量，将云台协议数据按照一定格式存放在内存中。考虑到可能要同时控制多个不同协议的云台摄像机，因此实际项目中最多可同时支持四种不同的云台协议。相应地，在初始化时要调用Ｆｌａｓｈ读取函数，从Ｆｌａｓｈ中将需要的一个或多个协议读出，并存放在内存中供模块使用；（４）云台接口函数。根据Ｗｅｂ服务端要求，当Ｗｅｂ服务层调用时，将指定的云台标准协议进行解释，包括设置要控制的云台地址码、转动速度，计算出校验码，然后调用底层驱动程序将控制码发送给８７ＬＰＣ７６４，并在需要的情况下告知８７ＬＰＣ７６４应使用何种波特率。本文从

【参考文献】

［１］周航慈，周立功，朱旻等．ＰＨＩＬＩＰＳ５１ＬＰＣ系列单片机原理及应用设计［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００１

［２］ＢＳＰ－１５Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｄａｔａｓｈｅｅｔ［Ｚ］．ＥｑｕａｔｏｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．，２００２

［３］８７ＬＰＣ７６４ｄａｔａｓｈｅｅｔ［Ｚ］．ＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅＰｈｉｌｉｐｓＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００１

［４］Ｅｑｕａｔｏｒｈａｒｄｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｓｓｔｉｎｇｒａｙｈａｒｄｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ・ｔｅｔｒａｈａｒｄｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ［Ｚ］．ＥｑｕａｔｏｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．，２００２

本文转自《电子技术应用》２００６年第１１期

总体上介绍了基于Ｔｅｔｒａ硬件开发平台的网络视频监控系统中云台摄像机控制模块的设计与实现。项目中云台模块对各种类型云台的兼容能力，以及可同时监控多种不同类型云台摄像机，是本产品的一个亮点。本项目所开发的视频监控系统已经投入市场，以其完善的功能得到用户的认可。

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