天然气长输管道站场放空系统计算

天然气长输管道站场放空系统计算　赵立丹　大庆油田设计院　摘要：站场放空系统主要作用是在检修、发生意外、进出站的压力超压时进行放空，为减　少对环境的危害需点火燃烧后排放。准确计算放空系统不仅可以实现对站场内设备、管线的泄　压保护，还可节省工程建设费用，方便日后运营管理。在完成计算后，建立整个站场放空系统　计算模型，在可能产生的＿７－况中比选出最恶劣的工况进行核算，核算系统是否满足放空要求。　关键词：天然气；站场；放空系统；计算；安全阀；限流孔板　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—６８９６．２０１　１．８．０２４　站场放空系统由放空立管和放空点火部分组　许压降为安全阀背压减去连接点处压力，连接点处　成，是天然气站场的重要系统之一。放空系统主要　的压力需根据最不利工况来计算。　作用是在检修、发生意外、进出站的压力超压时进　行放空，为减少对环境的危害需点火燃烧后排　”。准　２　站场事故放空　（１）ＢＤＶ阀选型计算。ＢＤＶ阀选型计算的关　键在于阀口径的计算，而厂家在确定口径时需要知　道阀所具有的最大泄放量和以最大泄放量泄放时阀　的流量系数（Ｃ　值）。最大泄放量和Ｃ　，值均可使　用ＨＹＳＹＳ来计算。根据ＡＰＩ　ＲＰ　５２１中有关泄放的　确计算放空系统不仅可以实现对站场内设备、管线　的泄压保护，还可以节省Ｔ程建设费用，方便日后　运营管理。　１　安全阀放空　（１）选型计算。安全阀的选型计算可按照以下　思路进行：估算被保护设备、容器或管线的有效容　积；依照ＡＰＩ　ＲＰ　５２１规定求解事故Ｔ况时允许的最　小、最大泄放量；安全阀喉管面积计算；安全阀选　型；校核采用所选安全阀时的最大泄放量和出口马　赫数是否满足要求。　（２）阀前管径计算。配管安装时通常在被保护　设备、容器或管线与安全阀之问加一直管段，但在　规定：在事故工况下要求１５ｍｉｎ内，容器的压力将　为原］二况的５０％。具体计算思路为：站场有效容积　的估算；利用ＨＹＳＹＳ建立Ｄｅｐｒｅｓｓｉｎｇ动态泄放模　型；计算得出满足规范要求的最大泄放量和Ｃ　值；选取满足要求的ＢＤＶ阀；根据所选阀门的Ｃ　值校核阀的最大流通量。　（２）限流孔板计算。限流孑Ｌ板设置在管道中用　于限制流体流量或降低流体压力。油气田生产中将　安全阀泄放时，由于气体速率极高，该管段会产生　限流孔板组放置于调节阀后，既可缩短安装距离又　部分压损。为了防止过大的压损产生震动，造成对　可延长调节阀的使用寿命，现在被普遍应用　。选　泄放装置的危害，需要限制该压损的大小。按照　型计算思路为：安装位置最大泄放量的确定（同　ＡＰＩ　ＲＰ　５２０规定，该段压损不得高于安全阀设定压　ＢＤＶ阀最大泄放量）；根据限流孔板前后压差选择　力的３％，以此为边界条件反算最大泄放量时可允　孑Ｌ板的形式（单板还是多板）；按照孔径计算公式　许的最小阀前管径，但最终选取管径不得小于安全　计算限流孔板的孔径ｄ　；根据临界流率压力比　（），　）、绝热指数（ｋ）、孔径／管径（ｄ。／Ｄ）关系表查　阀入口口径。　，　的相　（３）阀后管径的计算。安全阀阀后管径的计算　得　；判断孔板前、后压力之比（ｐ。／ｐ　）与）主要受安全阀可允许背压大小的限制。计算思路　对大小（若ｐ。／ｐｌ≤　，则可使流量限定在一定数　为：阀后允许背压大小的确定；阀至放空终端间管　值，说明计算值ｄ。有效，否则需调整压降或管　线的允许压降；求得阀后管线允许最小管径；圆整　径，重新计算）；圆整孑Ｌ径计算值。　计算管径并校核选用管径在管线放空时阀后背压的　实际值。工程实际中往往采用总放空汇管，各放空　支线在接人放空终端前就已汇入总管，此时可将支　（３）限流孑Ｌ板后管径计算。影响限流孑Ｌ板后管　径尺寸主要因素是孔板后的压力、最大泄放量和管　内允许最大流速。已知泄放量和管内允许流速后反　管线与总放空汇管的连接点作为新的放空终端，允　算孔板后压力，只要压力不高于气体的临界流动压　油气田地面工程（ｈｔｔｐ：／／　ｖｗ．ｙｑｔｄｍｇｃ．ｃ。ｍ）　一５１　第　（）卷第｝＝｛蚓（　（）ｌ１＿（）８）　规划设计　力即司。　倾斜度对附近构筑物及生产装置的热影响来确定，　应使火焰的辐射热不影响人身及设备的安全　。其　计算主要考虑火炬安放位置及附近地面附属物的可　承受辐射强度、火炬所处环境的气象情况，包括风　速、风向、大气温度、相对湿度等因素。计算可参　照ＧＢ　５０１８３—２００４中的公式。计算思路为：分析火　３进出站管线放空　进出站管线上ＢＤＶ阀的选型同站场事故放空　管线上ＢＤＶ阀的计算，区别在于最大泄放量的确　定。计算思路为：确定事故时所需ＢＤＶ阀的最大　泄放量；按最大泄放量和调节阀Ｃ　值的计算公式　炬周围的设施及环境状况，确定敏感点（考虑辐射　计算所需ｃ　，值；依据Ｃ　值和最大泄放量选择合适　影响的设施）；火焰最大长度的计算（火焰长度可　尺寸的ＢＤＶ阀；校核选用该尺寸ＢＤＶ阀时阀的最　从ＧＢ　５０１８３—２００４中火焰长度和释放热量Ｑ—Ｌ关　大泄放量、出口处流速和管线泄放所需时间。　系曲线图查得，也可按照《石油化工设计手册》中　４放空汇管尺寸　有关规定确定）；按规范中火炬高度的计算公式进　放空汇管尺寸的计算主要受以下因素的影响：放　行计算，并予以圆整；以圆整后的高度计算火炬的　地面　围，进而确定火炬放空区需要的征地面积。　空汇管所要承担的最大泄放量；放空汇管在同一放空　系统中且存在同时放空可能的各泄放装置的最大允许　背压；放空汇管的管路长度。上述３个因素确定后就　可以对汇管的尺寸进行计算了，计算时的边界条件除　了最大允许背压外还有汇管内的气体流速。　７　结语　（１）系统总汇管与放空立管或火炬的连接采用　挠性连接（如管线活接头），对泄放装置及其出口　管线进行固定。这样可以有效地减小管线的震动，　降低噪音，防止放空时发生事故。　（２）尽量缩短安全阀前管线的长度以及安全阀　５　放空立管　（１）管径计算。放空立管管径主要取决于放空　立管的放空量和出口处允许的马赫数，可通过提高　至放空立管或火炬问的管线长度。缩短安全阀前管　出口处气体的马赫数来减小放空管径，但马赫数偏　线长度可以降低该段管线的压力损失，从而减小震　动；缩短安全阀至放空立管或火炬间的管线长度可　高会导致放空噪声过大。根据规范ＧＢ　５０１８３—２００４　以降低安全阀的背压，使被保护设备、容器或管线　规定，事故状态下，出口处马赫数不高于０．５马　在超压时，安全阀可以及时迅速起跳，并以设计量　赫。因此，在计算时，可以根据出口处马赫数为　０．５马赫来反算放空立管的管径。　（２）高度计算。非点火放空立管高度可根据规　范ＧＢ　５０１８３—２００４规定确定。当放空量不大于　ｌ＿２　Ｘ　１０　ｍ。／ｈ时，放空立管与阀室或站场距离不小　于１０　ｍ；当放空量大于１．２　Ｘ　１０　ｍ。／ｈ且小于４．０　Ｘ　进行泄放。　（３）安全阀背压大小对其放空时的泄放量影响　很小（影响安全阀起跳时的灵敏度），所以建议选　用波纹管式安全阀（允许背压为设定压力的５０％）。　采用波纹管式安全阀时，站场内高、低压放空一般　可共用一套系统。此时需对两种方案（采用普通弹　１０　ｍ。／ｈ时，间距不得小于４０　ｍ　。可使用ＤＮＶ　簧式安全阀，分设高、低压放空系统；低压放空阀　Ｐｈａｓｔ软件模拟放空立管放空时出口周围及下风向　采用波纹管式安全阀，高、低压放空共用一套系　的扩散范围，根据模拟结果选取合理的高度，以保　统）进行经济比选。　证在规范要求的最小间距范围内天然气浓度落于爆　炸极限之外。　（４）计算时将放空汇管尺寸计算步骤提前，预　先求得站场系统最大放空量。需对不同的可能同时　．　６　放空火炬　放空的工况进行匹配，寻找最大泄放量发生工况，　并以此最终校验整个放空系统。　（１）筒径（火炬头）计算。计算思路为：放空　参考文献　［１］赵淑珍．西气东输放空系统的设计与研究［Ｊ１．天然气与石油，　２００６，２４（５）：４１—４３．　系统最大泄放量的确定（可取放空汇管最大排放　量）；按火炬头出口处马赫数为０．５马赫反算所需筒　径；向上圆整筒径尺寸。校核时若只满足放空系统　最大泄放量不高于０．５马赫，而不满足单个装置不　高于０．２马赫，需调整圆整后尺寸，直至满足要求。　（２）高度计算。放空火炬高度要依据顶端火焰　辐射热对地面人员的热影响，或大风时火焰长度及　［２］徐勇．油井数字化监控在计量及节能中的应用ＩＪ１．油气田地面　工程，２０１０，２９（４）：６６—６７．　［３］齐建波．西气东输二线阀室放空系统的设置ｆ　Ｊ］ｌ油气储运，　２００９，２８（９）：６３—６５．　［４】黄汉京．石油化工可燃气体或蒸气排放系统的消防安全设ｉ＋［Ｊ１．　石油工程建设，２００６，３２（６）：１６—１９．　（栏目主持张秀丽）　一５２一　油气田地面工程（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｙｑｔｄｒｎｇｃ．ｃｏｒｎ）