天然氣站場放空系統(tǒng)計算

天然氣站場放空系統(tǒng)計算

大火釋放系統(tǒng)是連接石油、天然氣和油氣工程的輔助裝置，也是該裝置的最后一個安全屏障。本文通過APIRP521《RecommededPracticeforGuideforPressure-RelievingandDepressuringSystems》《泄壓和放空系統(tǒng)》規(guī)范結合天然氣處理廠667標段放空系統(tǒng)實例對天然氣站場放空系統(tǒng)進行不同泄放量的放空計算,進行對比。并應用AspenFlareSystemAnalyzer模擬軟件,對整個管網(wǎng)進行模擬,核算背壓。1安全閥放空及維護檢測放空集輸系統(tǒng)放空主要包括火災等情況下緊急泄壓放空、超壓情況下安全閥起跳泄壓放空以及維護檢測時的放空,應對不同工況下可能出現(xiàn)的放空量全面評估。使得放空系統(tǒng)能適應其中最大放空量的要求在這里,考慮的是在火災情況下的緊急泄壓放空的計算。1.1根據(jù)現(xiàn)場規(guī)模確定最大加載時間以667天然氣站場的總規(guī)模700×101.1.1彈簧安全閥的布置背壓即放空時放空閥出口的壓力,安全閥開啟前泄壓總管的壓力與安全閥開啟后介質流動所產(chǎn)生的流動阻力之和。根據(jù)GB50251-2003《輸氣管道工程設計規(guī)范》第3.4.5條第1、2款規(guī)定:放空時,必須確保任一安全閥(普通彈簧安全閥)的背壓不大于該安全閥定壓的10%。盡管由于泄放源的位置不同,考慮流動阻力及瞬時泄放,管網(wǎng)上的每處壓力不盡相同,但可根據(jù)阻力損失,估算每一安全閥后的泄放背壓,這是安全閥選型基礎,在選定總管及支管管徑時應注意其壓力不能影響安全閥的正常泄放,因為系統(tǒng)背壓過高,泄放裝置將無法起跳。一般的設計標準是氣體在總管網(wǎng)中的壓降低于其上游壓力的10%1.1.2管道計算長度根據(jù)SH3009-2005《石油化工企業(yè)燃料氣系統(tǒng)和可燃性氣體排放系統(tǒng)設計規(guī)范》附錄A推薦公式:(1)當管網(wǎng)壓力小于或等于500kPa(絕)時:式中:PPL—管道計算長度,即直管長度與管件、閥件當量長度之和/m;μ—水力摩擦系數(shù);γ—氣體相對密度;T—操作條件下的氣體溫度/K;Q—折算為標準狀態(tài)下的氣體體積流量/(md—放空管內徑/cm;ΔP—管道壓力降/kPa(絕);Ra—管內壁絕對粗糙度/cm,無內涂層新鋼管取0.003cm;Re—雷諾數(shù)。1.1.3火炬裝置出口壓力排放管網(wǎng)的壓降計算可按下列步驟進行:(1)初定管網(wǎng)中各管段的管道內徑D,各管段的當量長度L(將管件引起的局部阻力當量成管道阻力)。(2)確定馬赫數(shù)。放空管管徑主要取決于放空立管的放空量和出口處允許的馬赫數(shù),可通過提高出口處氣體的馬赫數(shù)來減小放空管徑,但馬赫數(shù)偏高會導致放空噪聲過大。根據(jù)規(guī)范GB50183-2004規(guī)定,事故狀態(tài)下,出口處馬赫數(shù)不高于0.5馬赫。因此,在本次計算時,可以根據(jù)出口處馬赫數(shù)為0.5馬赫來計算。(3)計算各管段壓力降?；鹁嫜b置出口處壓力為零,這樣,從火炬裝置出口處開始,將下游管段的入口壓力作為上游管段的出口壓力,代入公式(1),逐管段從下游向上游進行計算。一直進行到泄放裝置處(安全閥)為止。(4)計算所得安全閥處的管道入口壓力即為安全閥實際所承受的背壓.將安全閥實際所承受的背壓與安全閥的最大允許背壓進行比較,要求安全閥實際所承受的背壓接近但不超過最大允許背壓(絕壓)。安全閥的最大允許背壓決定于安全閥的型式,其值一般由安全閥制造廠提供。對于普通彈簧式安全閥,最大允許背壓(表壓)一般取其整定壓力(表壓)的10%;對于背壓平衡式安全閥(例如波紋管式安全閥),最大允許背壓(表壓)一般取其整定壓力(表壓)的40%。(5)若計算出的P應該指出,在設定各管段管道內徑時,有一個經(jīng)濟權衡問題。一般地,對于較長的主管道,應盡量減小其內徑,以降低投資。在計算時,對不同管段可設定不同管道內徑,提出多種可行方案,從中選出投資最小的作為最終結果。1.1.4火炬總管流量計算667站場A包及放空系統(tǒng)管網(wǎng)模型如圖1所示。A為火炬裝置,該系統(tǒng)有4個泄放點,分別為C、D、E、F,各泄放點泄放裝置的泄放量和其它泄放條件見表1。管網(wǎng)各管段的長度與初定管道內徑及其它泄放條件見表2。代入公式(1)計算出P照此,對各管段進行計算,計算結果列入表3。由表(3)數(shù)據(jù)可知,計算得出的各泄放點的管段入口壓力P故設定總管管徑符合管道壓力降及背壓要求。得放空總管徑為:DN700。1.2api521系統(tǒng)按照《GuideforPressure-RelievingandDepressuringSystems》API521,如在火災情況下,為了保證處理輕烴的壓力容器等設施安全,一般要求在15分鐘內將壓力降至690kPa或容器設計壓力的50%(取其中較低的壓力)。1.2.1最大放空量的確定(1)確定設計壓力高于690kPa的設備及站場管線總容積。(2)計算在15min內將壓力降至690kPa時,站場總容積的泄放量即為最大放空量。如下表。經(jīng)核算,667天然氣處理站在15分鐘內將壓力降至690kPa時的泄放量為16.2×102與api521規(guī)范的核算對比對于不同泄放量情況下的667站場放空系統(tǒng)的計算結果對比如表5。得出結論:以站場規(guī)模確定的最大放空量的值相對于API521規(guī)范核算值偏大。從而造成工程投資估算的增大(約300萬元)3flat成立了一個基于flat的火炬設計模型3.1泄壓閥的出Flarenet軟件需要對各泄放閥進行參數(shù)設置,如圖2。從圖2中可以看出,計算一個泄壓閥需要知道的量有:最大工作壓力(MAWP),泄壓閥的進口溫度,泄壓閥的出口溫度,流體的質量流率,流體的額定流率。其中,流體的額定流率是其質量流率的1.2倍。建立flarenet模型如圖3。3.2背壓計算將已手算放空管徑,分液罐,火炬選型輸入Flarenet模型,4放空系統(tǒng)背壓核算(1)以站場規(guī)模確定的最大放空量的值相對于API521規(guī)范的核算值偏大。(2)API521計算667放空管徑為DN500,相比于目前667放空管徑DN600(考慮一定余量)