2015年第21期廣東化工第42卷總第311期www.gdchem.com天然氣站場(chǎng)放空系統(tǒng)的計(jì)算張萌萌,朱友莊(中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司新疆設(shè)計(jì)院天然氣所,新疆烏魯木齊83000摘要]站場(chǎng)放空系統(tǒng)由放空立管和放空點(diǎn)火部分組成,是天然氣站場(chǎng)的重要系統(tǒng)之一。放空系統(tǒng)主要作用發(fā)生意外、進(jìn)出站的壓力超壓時(shí)進(jìn)行放空,為減少對(duì)環(huán)境的危害需點(diǎn)火燃燒后排放。最大放空量的確定是準(zhǔn)確計(jì)算放空系統(tǒng)的基。就內(nèi)計(jì)算方法,是以站場(chǎng)規(guī)模來(lái)確定最大放空量進(jìn)行放空系統(tǒng)的計(jì)算。對(duì)于小型站場(chǎng),計(jì)算誤差較小;但對(duì)于中、大型站場(chǎng),則誤差較大,工程的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。[關(guān)鍵詞]放空系統(tǒng);放空量;經(jīng)濟(jì)中圖分類(lèi)號(hào)]TH[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]107-1865(2015)21-0161-02The Calculation of Blowdown System to Natural Gas StationZhang Mengmeng, Zhu Youzhuang(Natural gas Department, Xinjiang Petroleum Investigation Design and Research Institute Co, Ltd, Urumqi 830000, China)Abstract: Blowdown System to Natural Gas Station composed of vent riser and emptying ignition part, is one of the important systems of gas station. Ventsystem main function is in and out of the station when the pressure of the overpressure to vent in maintenance and accident, Should be after ignition combustionemissions to reduce the harm to environment the determination of maximum emptying is the basis of accurate calculation emptying system. At present domesticcalculation method, Based on the station scale to determine the maximum emptying to do the blowdown systems calculation, For small yard, calculation error issmall: But for medium and large yard, the error is bigger, affect engineering reliability and economyKeywords: blowdown: system: emptying: economy巨放空系統(tǒng)是石油化工及煉油裝置不可缺少的配套設(shè)施P1—管道起點(diǎn)壓力kPa(絕),此處取背壓;也是裝置的最后一道安全屏障叫。該系統(tǒng)能及時(shí)處理生產(chǎn)裝置中P2管道終點(diǎn)壓力kPa(絕),排放至大氣時(shí)取1013kPa排放的多余、有害、不平衡的廢氣,并能處理試車(chē)、開(kāi)停車(chē)時(shí)產(chǎn)L—管道計(jì)算長(zhǎng)度,即直管長(zhǎng)度與管件、閥件當(dāng)量長(zhǎng)度之和生的不合格氣體,以及事故時(shí)放出的瞬時(shí)放出的大量氣體,保證管線的泄壓保護(hù),還可以節(jié)省工程建設(shè)費(fèi)用,方便日后運(yùn)營(yíng)管理。水力摩擦系數(shù);本文通過(guò) API RP521《 Recommeded Practice for Guide for操作條件下的氣體溫度KPressure- Relieving and Depressuring Systems》《泄壓和放空系統(tǒng)Q折算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體體積流量(m3/h),即最大放空規(guī)范結(jié)合天然氣處理廠667標(biāo)段放空系統(tǒng)實(shí)例對(duì)天然氣站場(chǎng)放空量;系統(tǒng)進(jìn)行不同泄放量的放空計(jì)算,進(jìn)行對(duì)比。并應(yīng)用 Aspen Flared放空管內(nèi)徑/cm;System Analyzer模擬軟件,對(duì)整個(gè)管網(wǎng)進(jìn)行模擬,核算背壓?！鱌一管道壓力降/kPa(絕)1放空系統(tǒng)的計(jì)算Ra管內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度/cm,無(wú)內(nèi)涂層新鋼管取0003cm;Re雷諾數(shù)。集輸系統(tǒng)放空主要包括火災(zāi)等情況下緊急泄壓放空、超壓情113計(jì)算步驟可能出現(xiàn)的放空量全面評(píng)估。使得放空系統(tǒng)能適應(yīng)其中最大放排放管網(wǎng)的壓降計(jì)算可按下列步驟進(jìn)行:空量的要求。當(dāng)容器或系統(tǒng)的所有出口被堵塞時(shí),為了防止容(1)初定管網(wǎng)中各管段的管道內(nèi)徑D,各管段的當(dāng)量長(zhǎng)度L(將器或系統(tǒng)超壓,泄壓裝置的泄放量必須等于壓力源的來(lái)氣量管件引起的局部阻力當(dāng)量成管道阻力)在這里,考慮的是在火災(zāi)情況下的緊急泄壓放空的計(jì)算(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1.1場(chǎng)規(guī)模確定為最大放空量:口以667天然氣站場(chǎng)的總規(guī)模00×10Nmd確定為其最大放數(shù)偏高會(huì)導(dǎo)致放空噪聲過(guò)大。根據(jù)規(guī)范GB50183204規(guī)定,事空量1.1.1放空背壓確定故狀態(tài)下,出口處馬赫數(shù)不高于0.5馬赫。因此,在本次計(jì)算時(shí)背壓即放空時(shí)放空閥出口的壓力,安全閥開(kāi)啟前泄壓總管的可以根據(jù)出口處馬赫數(shù)為05馬赫來(lái)計(jì)算。壓力與安全閥開(kāi)啟后介質(zhì)流動(dòng)所產(chǎn)生的流動(dòng)阻力之和。根據(jù)GB(3)計(jì)算各管段壓力降50251-2003《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》第345條第1、2款規(guī)定火炬裝置出口處壓力為零,這樣,從火炬裝置出口處開(kāi)始放空時(shí),必須確保任一安全閥(普通彈簧安全閥)的背壓不大于該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)安全閥定壓的10%逐管段從下游向上游進(jìn)行計(jì)算。一直進(jìn)行到泄放裝置處(安全閥)盡管由于泄放源的位置不同,考慮流動(dòng)阻力及瞬時(shí)泄放,管(4)計(jì)算所得安全閥處的管道入口壓力即為安全閥實(shí)際所承后的泄放背壓,這是安全閥選型基礎(chǔ),在選定總管及支管管徑時(shí)受的背壓.將安全閥實(shí)際所承受的背壓與安全閥的最大允許背壓應(yīng)注意其壓力不能影響安全閥的正常泄放,因?yàn)橄到y(tǒng)背壓過(guò)高進(jìn)行比較,要求安全閥實(shí)際所承受的背壓接近但不超過(guò)最大允許泄放裝置將無(wú)法起跳。一般的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是氣體在總管網(wǎng)中的壓降背壓(絕壓)。安全閥的最大允許背壓決定于安全閥的型式,其值低于其上游壓力的10%般由安全閥制造廠提供。對(duì)于普通彈簧式安全閥,最大允許背1.1.2管道的壓降計(jì)算壓(表壓)一般取其整定壓力(表壓)的10%;對(duì)于背壓平衡式安全根據(jù)SH3009-2005《石油化工企業(yè)燃料氣系統(tǒng)和可燃性氣體(表壓)的40%閥(例如波紋管式安全閥)最大允許背壓(表壓)般取其整定壓力排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄A推薦公式:(1)當(dāng)管網(wǎng)壓力小于或等于500kPa(絕)時(shí)(5)若計(jì)算出的P1和P2不能滿足第(4)步驟中的要求,則需重新設(shè)定各管段管道內(nèi)徑,重復(fù)上述各步,直至滿足為止該指出,在設(shè)定各管段管道內(nèi)徑時(shí),有一個(gè)經(jīng)濟(jì)權(quán)衡問(wèn)題(2)水力摩擦系數(shù)計(jì)算公式:般地,對(duì)于在計(jì)算時(shí),對(duì)中國(guó)煤化工提出多種可行方案,從中選出投資CNMH(空背壓式中:667站場(chǎng)A包及放空系統(tǒng)管網(wǎng)模型如圖1所示。A為火炬裝[收稿日期]2015-09-10[作者簡(jiǎn)介張萌萌(199-),女,新疆人,大學(xué)本科,助理工程師,主要研究方向?yàn)樘烊粴饧斉c處理。東化工2015年第21期162www.gdchem.com第42卷總第3l1期置,該系統(tǒng)有4個(gè)泄放點(diǎn),分別為C、D、E、F,各泄放點(diǎn)泄放1.21放空量的確定裝置的泄放量和其它泄放條件見(jiàn)表1。管網(wǎng)各管段的長(zhǎng)度與初定l)確定設(shè)計(jì)壓力高于690kPa的設(shè)備及站場(chǎng)管線總?cè)莘e。管道內(nèi)徑及其它泄放條件見(jiàn)表2。(2)計(jì)算在15min內(nèi)將壓力降至690kPa時(shí),站場(chǎng)總?cè)莘e的泄放量即為最大放空量。如下表。BA表4API521最大放空量核算Tab. 4 The calculation of maximuAPI521最大放空量核算Package A總泄放量圖1667站場(chǎng)放空系統(tǒng)管網(wǎng)模型(10m3h)Fig. I Pipeline model of Blowdown System to Natural Gas Station總?cè)莘em3設(shè)備36976293.47管線Q放(m3h2)123733.49383724表1各泄放點(diǎn)的泄放條件harge conditions of each discharge po泄放量起跳壓泄放溫最大允許泄放點(diǎn)×10°m3d力PMPa度T℃背壓PPa核算,667天然氣處理站在15分鐘內(nèi)將壓力降至690kPa時(shí)的泄放量為162×104Nm/h(388104Nm3。以此確定為最大C放空量用同樣的方法對(duì)667站場(chǎng)放空系統(tǒng)放空總管徑,分液罐,0.87火炬進(jìn)行計(jì)算。E8.7430872計(jì)算結(jié)果對(duì)比對(duì)于不同泄放量情況下的667站場(chǎng)放空系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果對(duì)比如表5。表2各管段的泄放條件Tab 2 Discharge conditions of each sectio表5計(jì)算結(jié)果對(duì)比管網(wǎng)管段初定內(nèi)徑Dmm管道長(zhǎng)度L/mTab. 5 Com700×6.5計(jì)算結(jié)果對(duì)比最大放空量(10Nm3d)388.8JI髙壓放空管線管徑/mm3臥式分液罐直徑/m32IH500×6進(jìn)出口管距離/m150×2.5火炬筒出口直徑/m4放空火炬火炬高度/m150×2.5投資估算萬(wàn)元37003391.7以AJ管段為例,馬赫數(shù)取05得出結(jié)論:q=700×10′m3d;以站場(chǎng)規(guī)模確定的最大放空量的值相對(duì)于API521規(guī)范核算d=700-6.5×2=68.7cm值偏大。從而造成工程投資估算的增大(約300萬(wàn)元)P2=0.1MPa;3利用 Flarenet建立火炬設(shè)計(jì)模型31 Flarenet軟件參數(shù)設(shè)置T=3165KFlarenet軟件需要對(duì)各泄放閥進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,如圖2。L=0.5 km代入公式(1)計(jì)算出P1=011MPa(絕照此,對(duì)各管段進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果列入表3。表3各泄放點(diǎn)最大允許背壓與計(jì)算所得管段入口壓力之比較Tab.3 A comparison of the each discharge point maximumallowable back pressure and the income section inlet pressure whichas c力P|MP表)泄放點(diǎn)計(jì)算入口壓最大允許背泄放點(diǎn)計(jì)算入口壓力PMP表)壓 Pb/MPaALK0340.735023tea Area Per ValveE0.320.998圖2 Flarenet參數(shù)設(shè)置Fig 2 Fiarenet preferences由表(3)數(shù)據(jù)可知,計(jì)算得出的各泄放點(diǎn)的管段入口壓力P1從圖2中可以看出均小于最大允許背壓P,說(shuō)明在給定泄放的工況下,該火炬排放工作壓力MAWP),泄個(gè)泄壓閥需要知道的量有:最大管網(wǎng)管徑和系統(tǒng)阻力降能滿足裝置運(yùn)行的要求。進(jìn)口溫度,泄壓閥的出口溫度,流故設(shè)定總管管徑符合管道壓力降及背壓要求。得放空總管徑體的質(zhì)量流率,流體的率。其中,流體的額定流率是其質(zhì)為:DN700。量流率的121.2API521規(guī)范確定最大放空量建立farvL中國(guó)煤化工按照《 Guide for Pressure- Relieving and Depressuring Systems》CNMHG(下轉(zhuǎn)第156頁(yè))API521,如在火災(zāi)情況下,為了保證處理輕烴的壓力容器等設(shè)施安全,一般要求在15分鐘內(nèi)將壓力降至690kPa或容器設(shè)計(jì)壓力的50%取其中較低的壓力)。廣東化工2015年第21期www.gdchem.com第42卷總第311期MI=M:COS(12)aMO-MI-COS(12)aBqM0-M- COs(1/2)在保證卷曲機(jī)的卷曲輥二級(jí)減速傳動(dòng)的減速比以及傳動(dòng)扭矩不變因?yàn)?1/2)a永遠(yuǎn)為銳角,因此a越大,萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)所承受的扭的前提下,采購(gòu)兩臺(tái)1入2出的減速機(jī),配備相應(yīng)的靠背輪、聯(lián)矩就越大,同時(shí)傳動(dòng)箱的輸出扭矩就越大,它們的損壞率就提高,軸節(jié),并對(duì)相應(yīng)的設(shè)備基礎(chǔ)和電機(jī)位置進(jìn)行改動(dòng),達(dá)到減小萬(wàn)向使用壽命就降低,并且容易造成卷曲運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定,使得卷曲輥軸聯(lián)軸節(jié)張開(kāi)角度、平穩(wěn)傳動(dòng)的目的。承的使用壽命縮短新采購(gòu)的1入2出減速機(jī)兩個(gè)輸出軸的中心距為263mm,在通過(guò)上述的分析可知:張開(kāi)角度a加大是造成卷曲機(jī)萬(wàn)向聯(lián)卷曲輥與減速機(jī)靠背輪距離不變的情況下,計(jì)算萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的張軸節(jié)損壞頻率增高,卷曲機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的主要原因開(kāi)角度a3如下(300+0.10)+2-263÷2=18.55mm把弧度換算成角度為:00784×180x20831°樣可以得出萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的張開(kāi)角度a3=2.0831×2=4.1662°通過(guò)計(jì)算可以看出,改造之后萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的張開(kāi)角度a3比改造之前的張開(kāi)角度a2減小了482°,a的減小,同時(shí),改造后的減圖4卷曲輥轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩與萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的傳動(dòng)扭矩的關(guān)系速器減速比:4:1;最大輸出扭矩:6680Nm;傳動(dòng)軸的水平度:Fig 4 Curl roller rotation torque relationship with a universal<0.2mm;輸入轉(zhuǎn)速為:1452-145.3r/min;輸出轉(zhuǎn)速為:363.3~3663 r/min3短絲裝置( BALTIC520卷曲機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)技4改造之后的運(yùn)行效果4.1改造前后減速機(jī)運(yùn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)值對(duì)比術(shù)改進(jìn)設(shè)想及實(shí)施方案造前:A、B線卷曲機(jī)運(yùn)行檢測(cè)數(shù)據(jù):傳動(dòng)箱的振動(dòng)在31卷曲機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)設(shè)想l.1-14mms之間,油溫4449度之間,電流118-120A之間。通過(guò)上述分析計(jì)算可以得出,原設(shè)計(jì)萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的張開(kāi)角度改造后:A、B線卷曲機(jī)運(yùn)行傳動(dòng)箱檢測(cè)數(shù)據(jù)如下:增加是造成卷曲機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的根源,只有減小張開(kāi)角度a才能A線卷曲機(jī)振動(dòng):0.8mm/s油溫:51度電流解決這個(gè)問(wèn)題。減小萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的張開(kāi)角度有三種實(shí)施方案101.6-103.0A(1)增加萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的長(zhǎng)度也就是增加傳動(dòng)箱與卷曲輥的距離B線卷曲機(jī)振動(dòng):0.8mms油溫:52度電流:966982A(2)減小卷曲輥的外徑通過(guò)上述改造前后檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比,可以看出振動(dòng)以及驅(qū)動(dòng)電3)減小減速箱輸出軸的中心距機(jī)的電流均明顯減小種方案不是從根源解決問(wèn)題,并且萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)加長(zhǎng)高速42改造之后的運(yùn)行效果運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)增加了自身的不穩(wěn)定,同時(shí)萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)加長(zhǎng),緊接著的傳改造后卷取機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率得到了極大的提高,減少?gòu)U絲的產(chǎn)生提高了短絲的產(chǎn)量,并且減少了設(shè)備檢修費(fèi)用以及備件消耗費(fèi)用。卷曲輻的外徑,也就意味著降低生產(chǎn)能力,更不可能實(shí)施。只有確保了卷曲機(jī)設(shè)備安全、長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)也降低了操作人第三種方案才能從根本解決問(wèn)題,因此經(jīng)技術(shù)論證和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試決定對(duì)其進(jìn)行減小減速箱輸出軸的中心距技術(shù)改造。5結(jié)論3.2卷曲機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)實(shí)施方案針對(duì)短絲裝置后加工卷曲機(jī)的現(xiàn)狀,從減小萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)張開(kāi)大,萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)損壞頻率增高,卷曲機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的問(wèn)題,同時(shí)角度入手,減少由于萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)傳動(dòng)的不平衡量,從而減少卷曲輥軸承、傳動(dòng)箱輸出軸軸承甚至減速機(jī)以及電機(jī)的輸入輸出軸軸考慮到萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中應(yīng)該存在一個(gè)張開(kāi)角度,以保證承的徑向振動(dòng),達(dá)到減小卷曲機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定因素,提高設(shè)備運(yùn)卷曲輥運(yùn)轉(zhuǎn)中存在一個(gè)向下的拉力,防止卷曲輥高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生向轉(zhuǎn)率,減小設(shè)備維修費(fèi)和備件損失費(fèi),節(jié)約了成本,確保了卷曲外的離心力,減小了卷曲輥對(duì)絲束的夾持力,導(dǎo)致絲束夾持不住,機(jī)設(shè)備安全、長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)也降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)產(chǎn)生抱輥。也為了減少卷曲機(jī)在更換減速機(jī)或者傳動(dòng)箱甚至電機(jī)作的過(guò)程中膜片聯(lián)軸節(jié)找水平等工作的復(fù)雜程度,決定將原度級(jí)減速傳動(dòng)在減速比以及傳動(dòng)扭矩不變的前提下改為減小減速箱輸出軸的中心距一級(jí)減速傳動(dòng)技術(shù)改造。具體實(shí)施方案如下:(本文文獻(xiàn)格式:梁春喜.短絲裝置( BALTIC520)卷曲機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷原因分析及改進(jìn)[J.廣東化工,2015,42(21):155-156)對(duì)現(xiàn)有的短絲后加工A、B兩條生產(chǎn)線卷曲機(jī)傳動(dòng)進(jìn)行改造,(上接第162頁(yè))進(jìn)行核算。MABP核算結(jié)果如圖4。得已手算背壓(011MPa)均小3.2背壓核算于MABP(最大允許背壓)值,符合放空系統(tǒng)背壓要求將已手算放空管徑,分液罐,火炬選型輸入 Flarenet模型,圖3 Flarenet模型搭建圖4MABP核算結(jié)果Fig 3 Flarenet modelFig 4 MABP resuits結(jié)論[2]余洋,天然氣站場(chǎng)放空系統(tǒng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的解讀及應(yīng)用[J中國(guó)石油集團(tuán)工(1)以站場(chǎng)規(guī)模確定的最大放空量的值相對(duì)于API521規(guī)范的程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司,2011核算值偏大。3]姚青.放空火炬系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)叮上?；ぴO(shè)計(jì)院,2000含RAP521計(jì)算66放空管徑為DN50相比于目前67放章慶東放空火炬系統(tǒng)的計(jì)算與安全因素中國(guó)石化集團(tuán)江漢石油管理局勘察設(shè)計(jì)DN600(考慮一定余量)更為經(jīng)濟(jì)。(3)根據(jù) API RP521規(guī)范對(duì)站場(chǎng)放空量的核算更為經(jīng)濟(jì)。[5]嚴(yán)銳鋒.天中國(guó)煤化工用.長(zhǎng)安石油大學(xué),2012CNMHG參考文獻(xiàn)(本文文獻(xiàn)格式:張萌萌,朱友莊.天然氣站場(chǎng)放空系統(tǒng)的計(jì)算[]趙立丹.天然氣長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)放空系統(tǒng)計(jì)算大慶油田設(shè)計(jì)院,201l.[J].廣東化工,2015,42(21):161-162