天然气火炬系统设计浅析

后建筑设计第5卷第7期CONSTRUCTION2015年3月天然气火炬系统设计浅析张欣彭立刘佳中国石油工程建设公司北京市100101摘要:本文以一个天然气压气站为例,对天然气火炬系统的工艺设计进行介绍,火炬尺寸计算按照API-521规范进行设计,通过泄放计算确定了放空量;通过计算马赫敫确定了火炬筒体直径;通过热辐射值的计算确定了火炬筒体高度和火炬辐射聿径关键词:火炬;放空;热輻射值;筒体高度计算中图分类号:S611文献标识码:A为保障天然气集输管网安全平稳运行,各集输站场均设置p一放空气体操作工况下密度,kgm2了放空立管,泄放超高限的压力,排放运行作业中的废气或实t一放空时间现紧急状态下的事故放空。放空天然气是一种严重的污染源根据 APISTD521对站场放空管筒体直径、高度计热辐射距而且其主要组分甲烷对远红外辐射的吸收比二氧化碳更强烈,离进行计算因而具有更强的温室效应。一般情况下均应点火,通过燃烧,ZT o5Ma=3.23×10-3x使这种可燃、有毒、腐蚀性气体危害变小,同时燃烧释放的热能也将加速排放气体在大气中扩散。设计合理的放空立管能保式中Ma马赫数;火炬燃烧效率、热辐射、噪声和气体扩散等完全满足环境保W一放空气体质量流量,kgh护有关要求,有效减轻污染和其它公害,改善环境质量,使工P2放空管出口处排放气体压力,kPaA程设计的社会效益、经济效益和环境效益相统本文以一个压气站的放空计算为例对火炬系统设计进行了T一放空气体温度,K;M一放空气体分子量1.站场放空系统描述d一放空管直径,m。通常,站场放空分为正常放空和紧急放空,设备检修、压2.1设计输入条件缩机组启停时,放空量较小、放空时间较短,可以直接放空221气质组分及输送条件气站发生事故或干线事故放空属于紧急放空,此时需考虑阀气质组分如表22-1所示门关闭后,管道内气体的放空,这种放空量很大,放空操作时表22-1气质组分需要调节放空阀的开度或开启速度来调节放空时间和放空量,组分体积含量%以减少放空时的气体流速、降低噪音。N,(Nitrogen压气站的压缩机组自带ESD停车系统,当机组故障时(如高温报警,高、低压报警,机组振动等),机组ESD系统启动,组停机,并对机组进行放空。H2S( Hydrogen Sulphide压气站进、出站管线上设有紧急截断系统(ESD,该系统包括紧急切断阀和紧急放空阀,当站内事故时(如火灾、C2( Ethane地震等),紧急截断阀立即自动关断,将干线来气管线和站场C3( Propane隔开。同时进出站放空管线上的紧急放空阀自动打开,放空i-C4( i-Butane管内天然气本项目站内的放空采用的是带点火装置的放空管n-C4( n-Butane0.212站场放空计算根据 APISTD521规定,确定紧急放空系统的尺寸,一般情0.0l况下要求约在15min,设备内压力从最初的压力降到设计压力气体的输送条件如表22-2所示的50%或者690kPa(取小值)表22-2气体输送条件放空系统泄放量按照放空管的最大排放量确定,气体质量输送流量Sm33×10流率根据站内需要放空天然气的管容计算,计算公式如下起始端输送温度℃W=×(D-282xLxρ进站压力MPa出站压力要求MPa式中W一放空气体质量流量,kg/hD—一放空管外径,m进/出站管线尺寸δ一放空管壁厚222管道设计参数L一两个截断阀之间的长度,m;管道设计参数如表22-3所示第5卷第7期建筑设计2015年3月CONSTRUCTIONI表22-3管道设计参数管道连续输送时间h0.5=323×X10-5×4500/08474×313058400110Xd2管壁粗糙度mm0.01d=0.1m设计系数火焰释放总热量计算公式如下(简化法):管线设计压力MPa4500kg/h×51360k/kgQ3600s=64200kW管线设计温度℃根据Q值,查图3.2-1得火焰长度L=20m3.火炬计算结果3.1计算输入参数和计算结果见表3.1-1:表31-1放空计算表进站管出站管压缩机线放空线放空组放空计算输入参数:排放气体压力,MPa6.79.819.81排放气体温度,℃C20-40天然气实际密度p,kg/m364.0582927151天然气排放口处密度,kgmn3043307607688图32-1火焰长度一热量图0.61风会使火焰倾斜,并改变火焰中心位置。风对火焰在水平管壁厚8,m001440002402和垂直方向上偏移的影响可根据火焰筒顶部风速(u)与火炬截断阀间的距离L,m筒体出口气速(u)之比确定放空时间t,hr025W1.25放空时间t,sqap p 0.8433平均分子量M18.681885m/Mach--马赫数放空管出口处排放气体压力PkPA101010操作条件下的排放气体温度T,K=18520235压缩因子Z0.84740.874208304根据计算结果,查图32.2可得图及A高位热值,kJ/kg=0.91∑△x=182计算结果站内管容排放气体的质量流量w,kgh|450084233632排放气体的质量流量W,kgs1.25234101排放气体的体积流量qm,m1.31放空管计算直径d,m0.0390102放空管取值直径d,m火焰释放总量Q,AW642012068587火焰长度放空管简体出口气速…,m74.2结果0.23550.23910.5984(∑△x/L)/(∑△yL)0.91/0.28092027|0∑Δx/ΣΔy,m182/5.632.2/94518.052:5图32-2由侧向风引气的火焰大致变形火焰中心到受热点距离D,m14.7图3.2-3描述了放空管高度计算思路,放空管筒体高度计验证T是否≤1算如下放空管筒体高度h,m11.9D=√FQ/4K3.2计算结果举例式中D—火焰中心到受热点的距离,m;表3.1-1所示为放空管的计算结果,以进站放空放空管线Q火焰释放总热量,kW为例计算如下F—辐射率,可根据排放气体的主要成分按表32-2取值100×64.05本项目F取值为0.2W=×(0.508-2×0.01748)20.25K一允许的辐射热强度,如表3.2-3所示,本项目取值为后建筑设计第5卷第7期CONSTRUCTION2015年3月4.73kW/m;辐射系数,该系数与火焰中心至受热点的距离及大气相对湿度、火焰亮度等因素有关,当上述距离为30-150m时,可按下式计算辐射系数(r取80%,计算D时,T先取1)1/26/30.51/16表32-2来自气体扩散火焰的热辐射燃烧器直径(mm)5.19.11941203406H12100950.0910097010.540.169辐射率F0.280.299辐射热/总0.10310.1160.160.16110.147热量天然气0.1920.232(CH4,95%表32-3达到痛感需要的暴露时间辐射强度kW/m2痛感时间s图32-3确定放空管筒体高度的参照图3.3地面热辐射值核算2.33距离火炬筒体处30m半径处的地面热辐射值得计算结果如2.90下4.73K4丌D29642K=1×0.3×642004×314×(152+302)=136kW/4.结论本文通过一个压气站火炬放空计算为例,对天然气火炬放根据上述公式介绍放空管筒体高度计算如下空进行了设计,确定了放空管线尺寸、火炬直径及筒体高度D=√1×0.2×64200/4×314×473=147m火炬热敷设半径等参数h'=h+0.5∑y=h+05×56参考文献r=r-0.5∑Ax=r-0.5×1821天然气集输站场放空立管设计.叶学礼.天然气工h"2+r2=D2,(取0m),则h2≈D业.1995h=147-28=119m2.天然气放空系统火炬研究.肖双斌.工程硕士学位论文.文章被我刊收录,以上为全文此文章编码:2015M2669