天然氣凈化廠火炬及放空系統(tǒng)設(shè)計(jì)

天然氣凈化廠火炬及放空系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0凈化廠的火炬過(guò)去，火炬被認(rèn)為是一種燃燒和污染安全的裝置。燃燒氣體的主要是凈化廠產(chǎn)生的殘余或無(wú)用氣體。如今凈化廠的高低壓火炬主要作用是保證凈化廠的安全生產(chǎn),減少凈化廠對(duì)環(huán)境的污染。合理的火炬及放空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。1火炬的直徑和熱輻射火炬設(shè)計(jì)人需要知道放空氣數(shù)量及性質(zhì),包括流率、溫度、壓力和化學(xué)成分。如果要設(shè)計(jì)成無(wú)煙火炬,必須有相應(yīng)的法規(guī)要求或是甲方批準(zhǔn),因?yàn)闊o(wú)煙火炬的價(jià)格昂貴。比起事故放空,在凈化廠正常操作時(shí)火炬的放空量是很小的,僅為取樣放空,沒(méi)有必要設(shè)消煙設(shè)施。實(shí)際上以前的多數(shù)凈化廠火炬設(shè)計(jì)均未考慮消煙。下面介紹設(shè)計(jì)火炬時(shí)重要的參數(shù):.放空壓力-決定火炬筒體直徑的重要參數(shù)。.火炬的類(lèi)型。.火炬頭的材質(zhì)——通常是310不銹鋼。確定材質(zhì)要根據(jù)火炬運(yùn)用及甲方的要求:是全部用不銹鋼還是一半用不銹鋼或是三分之一用不銹鋼。.地面熱輻射值——保護(hù)操作人員和設(shè)備,防止設(shè)備發(fā)生故障。地面熱輻射值影響筒體高度;越低的熱輻射值要求,火炬的筒體就越高。地面熱輻射值要求在1.58～15.77kW/m.熱密度傳播比值也叫作熱輻射率,是決定火炬筒體高度的另一個(gè)重要因素。輻射率由放空氣的組成決定。放空氣中的碳?xì)涞谋戎翟酱?輻射率越大。在很多時(shí)候,我們無(wú)法得到確切的熱輻射率,那么保守計(jì)算時(shí)可以取熱輻射率為0.25。.放空氣出口的速率也影響火炬的高度。放空氣出口速率越高,火炬筒體就越低。放空氣出口的速率不能太高,否則火炬可能熄滅。早期的火炬馬赫數(shù)別限制在0.2?，F(xiàn)在放空氣速率的馬赫數(shù)在0.2～1.0。如果沒(méi)有特殊的速率要求,馬赫數(shù)一般為0.3～0.5。.風(fēng)速影響火炬筒體的高度和熱輻射區(qū)域——火焰熱影響地區(qū),故應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件,取合理的風(fēng)速。.支撐類(lèi)型——拉繩式、自支承式和塔架式,應(yīng)該詳細(xì)說(shuō)明。表1列出了買(mǎi)方和賣(mài)方需要詳細(xì)提供的數(shù)據(jù)2高壓放空分離器放空管系統(tǒng)包括支管、匯管及分離器。多條放空管線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可能有明顯的優(yōu)勢(shì),對(duì)那些需要處理后才能放空的物流更是必不可少。選擇的設(shè)計(jì)方案應(yīng)該是盡可能少的分離器滿足所有可預(yù)見(jiàn)的情況下的安全操作。例如長(zhǎng)北氣田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目CPF、井叢配套工程火炬及放空系統(tǒng)的高壓部分就是采用兩個(gè)系統(tǒng)高壓放空管線而共用一個(gè)高壓放空分離器。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并不是孤立的,全廠應(yīng)該統(tǒng)一規(guī)劃。在某些情況下,火炬筒體和火炬頭是可以共用的。例如同福場(chǎng)鐵廠溝天然氣凈化廠工程火炬及放空系統(tǒng),由于本凈化廠處理量只有40×10當(dāng)考慮一個(gè)高低壓處理系統(tǒng)的技術(shù)要求時(shí),有必要考慮在系統(tǒng)中泄壓閥泄壓情況。如果有大量的高壓源且有大量的高壓氣體而有相對(duì)少的低壓源,那么一般建一套高壓系統(tǒng)和一套低壓放空系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)。設(shè)計(jì)人員需要確定最合理的火炬放空系統(tǒng)的數(shù)量,以及每個(gè)泄壓設(shè)備中的氣體應(yīng)排向哪個(gè)放空系統(tǒng)。3其他無(wú)熱負(fù)荷為了確定主要放空管的最大負(fù)荷,要求設(shè)計(jì)人員仔細(xì)考慮可能發(fā)生的情況:這種情況可能導(dǎo)致多個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)同時(shí)放空。任何情況下最大負(fù)荷都沒(méi)有必要考慮為最大的質(zhì)量流率,但是流速影響最大壓降。因此,設(shè)計(jì)人員必須知道放空氣的壓力和分子量。因?yàn)閮蓚€(gè)或更多不相聯(lián)系的意外事故同時(shí)發(fā)生的可能性很小,所以不相聯(lián)系的意外事故同時(shí)發(fā)生時(shí)的放空量不作為決定最大放空負(fù)荷的因素。例如:一般沒(méi)有必要假定在火災(zāi)情況下發(fā)生工藝系統(tǒng)出口堵塞。然而,在某些工藝設(shè)備布置中,起火可能會(huì)造成局部電線或儀表空氣管線破壞從而導(dǎo)致閥門(mén)關(guān)閉,進(jìn)而致使工藝系統(tǒng)堵塞。因此,應(yīng)該對(duì)每個(gè)偶然事故可能引起的后果進(jìn)行檢查。每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)最大的泄放負(fù)荷,各個(gè)設(shè)備都不同。一般情況下,泄放負(fù)荷包括以下一點(diǎn)或幾點(diǎn).在停電情況下或意外情況所有設(shè)備的泄放頻率;.部分設(shè)備失效時(shí)的影響;.如果一個(gè)誤操作發(fā)生時(shí)的最大泄放量;.緊急泄壓時(shí)的最大泄放量;.火災(zāi)時(shí)的最大泄放量。設(shè)計(jì)火炬及放空系統(tǒng)的首要要求是確定處理量。若此系統(tǒng)只服務(wù)于單個(gè)壓力泄放閥或減壓閥,那么該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基數(shù)通常與壓力泄放閥的最大流量相一致。若處理系統(tǒng)服務(wù)于多個(gè)壓力泄放閥或者其他單元泄放量的50%而不是一個(gè)更大減壓閥,那么就可以計(jì)算可能影響任何壓力泄放閥或減壓閥的所有偶然事故情況下的負(fù)荷。這就意味著與處理系統(tǒng)相連的每個(gè)壓力泄放閥在每一個(gè)有關(guān)的偶然事故情況下,均可計(jì)算出流量、溫度和流體參數(shù)。如果一個(gè)放空系統(tǒng)用于多個(gè)壓力泄放閥或減壓閥放空,那么設(shè)計(jì)人員應(yīng)確定每個(gè)釋放源的幾何位置。還應(yīng)該研究排放源進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)放空管線的的組合情況。根據(jù)設(shè)定的放空管線規(guī)劃布置即可確定每段放空管線的負(fù)荷。最大負(fù)荷并不一定是最大排放量。最大負(fù)荷是流經(jīng)整個(gè)處理系統(tǒng)時(shí)產(chǎn)生的最大壓力損失流量。例如在溫度為149℃、分子量為19、流量為12.6kg/s的氣體流經(jīng)系統(tǒng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的壓降,且比溫度為38℃、分子量為44、流量為18.9kg/s的氣體所產(chǎn)生的壓力損失要大。確定了處理系統(tǒng)所要處理的負(fù)荷后,應(yīng)確定在每個(gè)偶然事故情況下、每個(gè)壓力泄放閥的最大允許背壓。允許背壓和以下因素有關(guān):當(dāng)壓力釋放閥的設(shè)定壓力低于被保護(hù)設(shè)備的最大允許工作壓力時(shí),背壓增值可以允許超過(guò)正常的限制范圍。然而,最大允許背壓受到API526的限制。在單個(gè)偶然事故影響若干個(gè)壓力泄放閥時(shí),泄放的同步性及其持續(xù)時(shí)間是決定組合負(fù)荷的非常重要的因素。如果涉及釋放量很大的閥門(mén),那么需要估計(jì)放空系統(tǒng)負(fù)荷的時(shí)間范圍,這可能需要計(jì)算偶然事故開(kāi)始發(fā)生至每一個(gè)壓力泄放閥打開(kāi)的滯后時(shí)間,并考慮儲(chǔ)存量減少和組分變化對(duì)釋放量的影響,以及設(shè)備壓力增加對(duì)供給工藝系統(tǒng)的物料和能量的影響。操作人員的介入能力和時(shí)間可以作為減少放空系統(tǒng)負(fù)荷的一種方法考慮。DEP中規(guī)定一般的泄放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是參照上一級(jí)過(guò)程單元泄放流率來(lái)設(shè)計(jì),由于相鄰單元出問(wèn)題或停電,每個(gè)單元依次泄放,那么泄放量就應(yīng)該是本單元100%的泄