油田地面工程火炬的供电设计探析
中国石油工程建设公司华东设计分公司的研究人员刘锟,在2015年第6期《电气技术》杂志上撰文，火炬作为油田必不可少的设施，其可靠、稳定的工作是油田安全生产的前提。火炬的特殊性导致电气设计时需要考虑更苛刻的环境条件。
本文选择了一个典型的高气温环境下的常燃火炬作为设计案例，从温度、地形、用电负荷三方面分析其更经济合理的供电方案。
随着经济的发展，中国对石油需求的增长势不可挡。2013年中国超越美国,成为全球第一大石油净进口国，中国企业进行海外油气勘探开发日渐增多。火炬作为油田必不可少的设施，其可靠、稳定的工作是油田安全生产的前提。针对火炬高温环境和远距离的特点，如何经济合理的供电，是本文论述的重点。本文以中国企业2014年在伊拉克建成投产的某油田作为设计实例，从温度、地形、用电负荷三方面进行论述说明。
1 工程条件
本项目地处伊拉克南部，亚热带沙漠气候，夏季平均最高气温为55℃。火炬高度 65m，其中高压火炬放空气体流速2500000 Sm3/d，低压火炬放空气体流速600000Sm3/d。火炬距厂区围墙250m，敷设至变电所的电缆长度为990m，根据API 521-2007计算其热辐射半径为190m。高低压火炬下共设四台75kW的鼓风机（三用一备）。
2 温度条件
在海外油田地面工程中，因为多方面原因，油处理和气处理设施非同期建设，所以存在火炬常燃的情况，通常需要常燃数年。这与炼油化工厂的事故火炬是不同的，故火炬周围的温度很高，对电气设备正常运行和维护带来很大的困难。
根据API 521-2007计算火炬对环境空气温度的影响，本项目火炬底部空气温度增加10℃。经现场实测，伊拉克当地冬季气温为10℃，火炬垂直下方温度计显示为64℃，而相同位置遮阳棚内温度计显示为23℃。距火源相同的距离，遮阳棚内外温差41℃的原因是热辐射被隔离。
热传递有三种方式:传导、对流和热辐射。热辐射与空气无关，热量以电磁射线的方式直接加热物体，这就说明如果在电气设备与火源之间设置隔离物，火源热辐射对电气设备的影响并不大，主要是空气温度的影响，其次为周围被加热物体的热辐射（如遮阳棚和地面）。
伊拉克夏季平均最高气温为55℃，如果配电箱设置在火炬底部，并采用遮阳棚的话，根据以上测量结果，配电箱内温度会接近并超过大部分断路器70℃的上限温度。故火炬配电箱应安装在火炬热辐射范围外（本项目热辐射半径为190m），以保证电气设备的工作可靠性。
即使工程建设所在区域的环境温度较低，设备表面温度低于70℃，但考虑到火炬热辐射，操作人员难以到达火炬底部进行正常操作和维护。配电设备也应设置在火炬热辐射范围之外。另外，火炬底部照度较高，同时因火炬热辐射，建议火炬底部的鼓风机棚（遮阳棚）内不设照明灯具。
也有项目采用正压通风的方式，以降低防爆配电箱的内部温度。但火炬一般距厂区较远，同时每个防爆箱需要较大且持续的仪表风，以尼日尔某油田为例，其防爆配电箱的用气量为1m3/min。从经济性和安全性考虑，正压通风的方式不是最优方案。
3 用电负荷
火炬根据其气体流速，一般分为音速火炬和非音速火炬。非音速火炬，需设鼓风机增加空气比例和流速；而音速火炬一般用电负荷较小，仅需提供点火器电源。鼓风机的功率一般较大，又因火炬离厂区较远，所以优选的方案是在厂区围墙附近设置箱式变压器，这样既解决了远距离线路压降的问题，又可在箱式变压器中设空调以解决电气元件过热的问题，同时更便于将来的厂区扩建。
以本项目为例，火炬总功率225kW，至变电所的电缆敷设路径为990m。假如不设置变压器而采用直接由变电所低压配电的方案，将总配电箱设置在火炬热辐射范围外的厂区围墙处。经计算，若线路压降小于5%，则需要截面3x240+2x120mm2的低压电缆4.5km，以及截面3x240mm2的低压电缆1.2km。经计算，有功功率损耗ΔP为6.5kW，无功功率损耗ΔQ为5.5kvar，其经济型和可靠性都不好。
4 地形条件
本项目火炬设在厂区防洪堤外，在安装时需要考虑洪水位，本项目洪水线5.5m，所以配电箱需要设置在5.5m之上，制作较高的基础支架或者挂在管廊上，这给施工人员以及操作人员都带来了困难。因此若设置箱式变压器的话，需将其设置在防洪堤内。
5 结论
本案例火炬具有以下特点：1.常年燃烧；2.环境气温高；3.用电负荷大，其供电条件的苛刻性高于大部分项目，具有典型性和指导性。从以上分析得出，无论从可靠性、经济性以及实用性考虑，采用箱式变压器，并将其设置在火炬热辐射范围外的厂区围墙处是本项目的优选方案。
从本案例中可以看出，在火炬配电设计时需要从以下方面考虑：1.环境气温；2.燃烧方式；3.火炬类型；4.用电负荷；5.地形条件；6.操作安全；7.可扩展性。这些因素缺一不可，其优先级应由具体项目的特点确定。
考虑到火炬在石化企业中的重要和关键作用，作者建议无论是否为常燃火炬，都应将火炬的操作和配电设备安装在火炬热辐射范围外，以保证突发事故发生时，运行人员能安全、便捷的操作和撤离。
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