aspenfare-ne在火炬管網(wǎng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

aspenfare-ne在火炬管網(wǎng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1火炬管網(wǎng)的壓降在大型腐敗廠中，為了及時(shí)處理每個(gè)裝置正常排放的有害氣體，如燃料、爆炸等，可以處理打開(kāi)停車和事故時(shí)釋放的大量氣體，確保設(shè)備安全正常運(yùn)行。一般來(lái)說(shuō)，火炬驅(qū)放系統(tǒng)通常由鄉(xiāng)鎮(zhèn)開(kāi)始。火炬系統(tǒng)是石油化工裝置安全生產(chǎn)的必要措施火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算是石油化工工藝設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容,主要包括確定各種工況下的排放負(fù)荷和計(jì)算排放管網(wǎng)壓降。排放管網(wǎng)的壓力降計(jì)算,是火炬管網(wǎng)管道直徑選擇和泄放裝置選型的基礎(chǔ),是火炬系統(tǒng)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。由于火炬排放介質(zhì)(工藝氣體)的可壓縮性,介質(zhì)壓力在管道中是隨著流經(jīng)管道長(zhǎng)度的變化而不斷變化的,其密度也隨之變化,所以介質(zhì)壓降和流速之間的關(guān)系不能用簡(jiǎn)單流體阻力函數(shù)關(guān)系式表達(dá)。通常對(duì)單根火炬管道可采用常規(guī)的可壓縮流體管道壓降計(jì)算方法,以管道入口處為計(jì)算壓降的起點(diǎn),通過(guò)多次反復(fù)迭代試算可以計(jì)算出終點(diǎn)壓力和管道壓降;然而真實(shí)的火炬管網(wǎng)系統(tǒng),往往會(huì)有多個(gè)裝置同時(shí)泄放,這樣由于互相間的影響(各股物流交匯處的壓力必須相等),若仍以常規(guī)壓降計(jì)算方法沿流體流動(dòng)方向進(jìn)行計(jì)算,會(huì)使本來(lái)就很繁瑣的試差計(jì)算變得更加困難,甚至無(wú)法進(jìn)行計(jì)算。這也一直是火炬排放管網(wǎng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn),國(guó)內(nèi)常采用半經(jīng)驗(yàn)半理論的方法進(jìn)行設(shè)計(jì),與實(shí)際情況相比較易出現(xiàn)較大偏差,給裝置的運(yùn)行帶來(lái)諸多隱患。近年來(lái)國(guó)外學(xué)者2計(jì)算網(wǎng)絡(luò)事務(wù)的原則2.1火炬管網(wǎng)放空數(shù)值測(cè)算根據(jù)等溫流動(dòng)方程,對(duì)于可壓縮流體,有如下關(guān)系式:整理得:根據(jù)氣體馬赫數(shù)M的定義可知:摩擦系數(shù)f可由下式確定(需要迭代計(jì)算):計(jì)算出f后,結(jié)合式(3)(4)在給定泄放介質(zhì)參數(shù)和泄放管道直徑D、長(zhǎng)度L的情況下,可求得在火炬管網(wǎng)中由于末端壓力往往是一恒定值(即出口壓力P當(dāng)多股物流泄放時(shí),混合后相關(guān)物性參數(shù)可由下式確定:M—?dú)怏w馬赫數(shù);ρ—泄放介質(zhì)密度,kg/m下標(biāo)1、2表示泄放氣體管道的特性參數(shù);下標(biāo)i表示第i股泄放氣體的特性參數(shù)。2.2放空裝置的設(shè)計(jì)結(jié)果火炬排放管網(wǎng)壓降計(jì)算的步驟如下:(1)根據(jù)火炬排放管網(wǎng)連接情況,繪制管網(wǎng)簡(jiǎn)圖,合理分段標(biāo)注每個(gè)節(jié)點(diǎn)代號(hào),以利于逐段分析計(jì)算;(2)確定各段火炬排放管流量W、泄放溫度T、分子量Mg及絕熱指數(shù)K;(3)根據(jù)常規(guī)方法估算各段管徑(4)從火炬管網(wǎng)出口處或壓力恒定處開(kāi)始,根據(jù)公式(4)計(jì)算出口流體馬赫數(shù)M(5)根據(jù)公式(5)(6)計(jì)算fL/D值,然后由公式(3)求得P(6)將下游管道的入口壓力作為上游管道的出口壓力,重復(fù)步驟(3)~(5),逐段計(jì)算至所有泄放裝置,求取管網(wǎng)各部分的壓力降;(7)根據(jù)計(jì)算得到的各泄放裝置的出口壓力和泄放裝置的最大允許背壓MABP(max.allowedbackpressure)來(lái)校核所有泄放裝置(通常為安全閥)的設(shè)計(jì)選型。如果安全閥最大允許背壓MABP小于出口處的壓力,則應(yīng)放大該泄放裝置下游管道尺寸以減小背壓;或改變安全閥型式使背壓滿足安全閥最大允許背壓的要求;如果安全閥最大允許背壓遠(yuǎn)大于出口處的壓力,則可適當(dāng)縮小該泄放裝置下游管道尺寸以節(jié)省投資;如果安全閥最大允許背壓接近且大于出口處的壓力,則表明該管道尺寸合適,滿足要求。3在火炬?zhèn)鞲衅髟O(shè)計(jì)中應(yīng)用瀝青路將應(yīng)用3.1fli-工業(yè)模式的實(shí)現(xiàn)AspenFlare-net模擬軟件可以幫助工程師完成單一或多重火炬系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)、核算以及消除瓶頸分析,可以計(jì)算新火炬系統(tǒng)的最小管徑或消除已有泄壓網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。在控制壓力和噪音時(shí)也可以用Flare-net對(duì)整個(gè)火炬系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。Flare-net具備了直觀的工藝流程簡(jiǎn)圖的操作環(huán)境,可以清晰、精確地呈現(xiàn)整個(gè)火炬網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)典型的火炬系統(tǒng)一般由若干相互連接的部分組成,其中包括:泄壓閥、控制閥、管道、連接器(包括擴(kuò)徑、縮徑、三通等)分離罐和火炬頭等3.1.1流程圖的輸入(a)使用了圖形用戶界面;(c)物流數(shù)據(jù)可由ASPENPLUS、HYSYS等軟件直接輸入;(d)增強(qiáng)了工藝流程圖的過(guò)程參數(shù)(如壓力、溫度、流量、馬赫數(shù)、噪音等);(e)設(shè)計(jì)了出錯(cuò)報(bào)告,可以總結(jié)超出設(shè)計(jì)限制的情況。3.1.2該軟件的主要功能(a)模擬火炬或放空系統(tǒng);(e)多種工況管理,在單一的管網(wǎng)中允許多泄放源的管理。3.1.3管線的熱傳遞(a)設(shè)計(jì)的約束條件包括允許的背壓、馬赫數(shù)、噪音等;(b)依照APIRP521在計(jì)算中可以選擇排氣尾管的額定流量和壓降;(c)管線的熱傳遞計(jì)算:在不絕熱的情況下計(jì)算管線表面與環(huán)境的熱傳遞;(d)用泄壓閥和控制閥定義泄放源,可以選擇設(shè)計(jì)參數(shù),如允許的背壓、泄壓額定流量等;(g)火炬頭的定義壓降曲線。3.2低壓火炬氣排放源和排放背壓火炬管網(wǎng)計(jì)算,實(shí)際上指的就是火炬管網(wǎng)的水力學(xué)計(jì)算。對(duì)于新建工廠,就是要確定管網(wǎng)中泄放設(shè)備出口管線、火炬支管和火炬總管的尺寸,使得管網(wǎng)中各處的壓力與流速能夠滿足相關(guān)規(guī)范和項(xiàng)目規(guī)定。對(duì)于改建或擴(kuò)建項(xiàng)目,則是根據(jù)現(xiàn)有管網(wǎng),計(jì)算管網(wǎng)中壓力和流速,從而評(píng)估原有火炬管網(wǎng)中的管線是否夠用。如果存在問(wèn)題,而修改已有管線比較困難時(shí),就要考慮如何通過(guò)設(shè)計(jì)減小泄放量,盡可能利用原有管線的能力。下面介紹一個(gè)在改擴(kuò)建項(xiàng)目中,利用Flare-net評(píng)估原有火炬管網(wǎng)系統(tǒng)是否夠用的實(shí)例。某石油煉化一體化公司的一個(gè)原低壓火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工況見(jiàn)表1。此低壓火炬系統(tǒng)用Flare-net模擬的簡(jiǎn)圖及結(jié)果見(jiàn)圖1。從表1和圖1的核算結(jié)果可知:設(shè)計(jì)工況下,聚乙烯裝置(PE)的界區(qū)出口壓力為1.1658bar,界區(qū)處排放背壓為1.15368bar,聚丙烯裝置(PP)的界區(qū)出口壓力為1.1658bar,界區(qū)處排放背壓為1.1427bar,該火炬系統(tǒng)的兩套排放源的排放出口壓力均大于各自的排放背壓,即說(shuō)明事故工況下該火炬系統(tǒng)的兩套排放源裝置均可安全泄壓,該火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是合理的。同時(shí),該火炬系統(tǒng)的兩套排放源同時(shí)排放時(shí)的排放量為10721+2172=12893kg/h,LP-C火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力即處理能力為14000kg/h,LP-C火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力有余量1107kg/h(14000-12893kg/h)。現(xiàn)該公司的另一裝置(乙烯裝置)由于改擴(kuò)建的原因,有一低壓火炬氣需要排放,其條件見(jiàn)表2所示。根據(jù)新增低壓火炬氣的裝置界區(qū)出口壓力,利用圖1所示的原聚烯烴低壓火炬系統(tǒng)的Flare-net(Version2006.5)計(jì)算模型,根據(jù)配管專業(yè)推薦的接入位置,對(duì)火炬系統(tǒng)的壓降和背壓進(jìn)行核算,核算結(jié)果見(jiàn)表3。此時(shí)低壓火炬系統(tǒng)用Flare-net模擬的簡(jiǎn)圖及結(jié)果見(jiàn)圖2。從表3和圖2的核算結(jié)果可知,乙烯裝置安全泄放的低壓火炬氣排放至低壓火炬系統(tǒng)后,聚乙烯裝置(PE)的排放背壓從原來(lái)的1.15368bar上升到1.15566bar,聚丙烯裝置(PP)的排放背壓從原來(lái)的1.14270bar上升到1.14471bar,兩套裝置的排放背壓均略有上升,但此兩套裝置的排放背壓(聚乙烯裝置的排放背壓1.15566bar,聚丙烯裝置的排放背壓1.14471bar)均小于各自對(duì)應(yīng)的裝置界區(qū)出口壓力(聚乙烯裝置的界區(qū)出口壓力1.1658bar,聚丙烯裝置的界區(qū)出口壓力為1.1658bar,乙烯裝置安全泄放的低壓火炬氣界區(qū)出口壓力1.1958bar也大于其排放背壓1.07865bar)。同時(shí),該火炬系統(tǒng)的原兩套排放源和新加排放源同時(shí)排放時(shí)的排放量為10721+2172+500=13393kg/h,而LP-C火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力即處理能力為14000kg/h,LP-C火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力仍有余量607kg/h(14000-13393kg/h)。上述計(jì)算結(jié)果表明,該低壓火炬系統(tǒng)即使在三套裝置同時(shí)發(fā)生事故泄放工況時(shí),也能完全滿足安全泄壓要求。所以在不改變?cè)谢鹁嫦到y(tǒng)管網(wǎng)管線的基礎(chǔ)上,根據(jù)配管專業(yè)推薦的接入位置,該股新增低壓火炬氣接入原低壓火炬系統(tǒng)是可行的。4火炬系統(tǒng)管網(wǎng)的核算本文介紹了AspenFlare-net軟件在火炬管網(wǎng)設(shè)計(jì)分析中的計(jì)算原理和計(jì)算步驟,并簡(jiǎn)要介紹了軟件的主要特性、主要功能和軟件的計(jì)算選項(xiàng)等。通過(guò)對(duì)一改擴(kuò)建項(xiàng)目中新增的低壓火炬排放氣排放至原低壓火炬系統(tǒng)進(jìn)行火炬管網(wǎng)壓力降核算分析,核算結(jié)果表明原火炬系統(tǒng)管網(wǎng)無(wú)需任何改造,即可滿足改擴(kuò)建后新增加的低壓火炬氣的安全排放要求。式中各符號(hào)含義如下:A—管道截面積,mf—摩擦系數(shù);D—管道直徑,m;u—?dú)怏w流速,m/s;L—管道當(dāng)量長(zhǎng)度,m;uε—管道粗糙度,m;Mg—?dú)怏w分子量;μ—泄放介質(zhì)黏度,cP;P—?dú)怏w壓力,kPa;R—通用