天然气站场放空系统的计算

2015年第21期广东化工第42卷总第311期www.gdchem.com天然气站场放空系统的计算张萌萌,朱友庄(中国石油集团工程设计有限责任公司新疆设计院天然气所,新疆乌鲁木齐83000摘要]站场放空系统由放空立管和放空点火部分组成,是天然气站场的重要系统之一。放空系统主要作用发生意外、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。最大放空量的确定是准确计算放空系统的基。就内计算方法,是以站场规模来确定最大放空量进行放空系统的计算。对于小型站场,计算误差较小;但对于中、大型站场,则误差较大,工程的可靠性和经济性。[关键词]放空系统;放空量;经济中图分类号]TH[文献标识码]A[文章编号]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巨放空系统是石油化工及炼油装置不可缺少的配套设施P1—管道起点压力kPa(绝),此处取背压;也是装置的最后一道安全屏障叫。该系统能及时处理生产装置中P2管道终点压力kPa(绝),排放至大气时取1013kPa排放的多余、有害、不平衡的废气,并能处理试车、开停车时产L—管道计算长度,即直管长度与管件、阀件当量长度之和生的不合格气体,以及事故时放出的瞬时放出的大量气体,保证管线的泄压保护,还可以节省工程建设费用,方便日后运营管理。水力摩擦系数;本文通过 API RP521《 Recommeded Practice for Guide for操作条件下的气体温度KPressure- Relieving and Depressuring Systems》《泄压和放空系统Q折算为标准状态下的气体体积流量(m3/h),即最大放空规范结合天然气处理厂667标段放空系统实例对天然气站场放空量;系统进行不同泄放量的放空计算,进行对比。并应用 Aspen Flared放空管内径/cm;System Analyzer模拟软件,对整个管网进行模拟,核算背压。△P一管道压力降/kPa(绝)1放空系统的计算Ra管内壁绝对粗糙度/cm,无内涂层新钢管取0003cm;Re雷诺数。集输系统放空主要包括火灾等情况下紧急泄压放空、超压情113计算步骤可能出现的放空量全面评估。使得放空系统能适应其中最大放排放管网的压降计算可按下列步骤进行:空量的要求。当容器或系统的所有出口被堵塞时,为了防止容(1)初定管网中各管段的管道内径D,各管段的当量长度L(将器或系统超压,泄压装置的泄放量必须等于压力源的来气量管件引起的局部阻力当量成管道阻力)在这里,考虑的是在火灾情况下的紧急泄压放空的计算(2)确定马赫数。放空管管径主要取决于放空立管的放空量和出口处允许的马1.1场规模确定为最大放空量:口以667天然气站场的总规模00×10Nmd确定为其最大放数偏高会导致放空噪声过大。根据规范GB50183204规定,事空量1.1.1放空背压确定故状态下,出口处马赫数不高于0.5马赫。因此,在本次计算时背压即放空时放空阀出口的压力,安全阀开启前泄压总管的可以根据出口处马赫数为05马赫来计算。压力与安全阀开启后介质流动所产生的流动阻力之和。根据GB(3)计算各管段压力降50251-2003《输气管道工程设计规范》第345条第1、2款规定火炬装置出口处压力为零,这样,从火炬装置出口处开始放空时,必须确保任一安全阀(普通弹簧安全阀)的背压不大于该将下游管段的入口压力作为上游管段的出口压力,代入公式(1)安全阀定压的10%逐管段从下游向上游进行计算。一直进行到泄放装置处(安全阀)尽管由于泄放源的位置不同,考虑流动阻力及瞬时泄放,管(4)计算所得安全阀处的管道入口压力即为安全阀实际所承后的泄放背压,这是安全阀选型基础,在选定总管及支管管径时受的背压.将安全阀实际所承受的背压与安全阀的最大允许背压应注意其压力不能影响安全阀的正常泄放,因为系统背压过高进行比较,要求安全阀实际所承受的背压接近但不超过最大允许泄放装置将无法起跳。一般的设计标准是气体在总管网中的压降背压(绝压)。安全阀的最大允许背压决定于安全阀的型式,其值低于其上游压力的10%般由安全阀制造厂提供。对于普通弹簧式安全阀,最大允许背1.1.2管道的压降计算压(表压)一般取其整定压力(表压)的10%;对于背压平衡式安全根据SH3009-2005《石油化工企业燃料气系统和可燃性气体(表压)的40%阀(例如波纹管式安全阀)最大允许背压(表压)般取其整定压力排放系统设计规范》附录A推荐公式:(1)当管网压力小于或等于500kPa(绝)时(5)若计算出的P1和P2不能满足第(4)步骤中的要求,则需重新设定各管段管道内径,重复上述各步,直至满足为止该指出,在设定各管段管道内径时,有一个经济权衡问题(2)水力摩擦系数计算公式:般地,对于在计算时,对中国煤化工提出多种可行方案,从中选出投资CNMH(空背压式中:667站场A包及放空系统管网模型如图1所示。A为火炬装[收稿日期]2015-09-10[作者简介张萌萌(199-),女,新疆人,大学本科,助理工程师,主要研究方向为天然气集输与处理。东化工2015年第21期162www.gdchem.com第42卷总第3l1期置,该系统有4个泄放点,分别为C、D、E、F,各泄放点泄放1.21放空量的确定装置的泄放量和其它泄放条件见表1。管网各管段的长度与初定l)确定设计压力高于690kPa的设备及站场管线总容积。管道内径及其它泄放条件见表2。(2)计算在15min内将压力降至690kPa时,站场总容积的泄放量即为最大放空量。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总泄放量图1667站场放空系统管网模型(10m3h)Fig. I Pipeline model of Blowdown System to Natural Gas Station总容积m3设备36976293.47管线Q放(m3h2)123733.49383724表1各泄放点的泄放条件harge conditions of each discharge po泄放量起跳压泄放温最大允许泄放点×10°m3d力PMPa度T℃背压PPa核算,667天然气处理站在15分钟内将压力降至690kPa时的泄放量为162×104Nm/h(388104Nm3。以此确定为最大C放空量用同样的方法对667站场放空系统放空总管径,分液罐,0.87火炬进行计算。E8.7430872计算结果对比对于不同泄放量情况下的667站场放空系统的计算结果对比如表5。表2各管段的泄放条件Tab 2 Discharge conditions of each sectio表5计算结果对比管网管段初定内径Dmm管道长度L/mTab. 5 Com700×6.5计算结果对比最大放空量(10Nm3d)388.8JI髙压放空管线管径/mm3卧式分液罐直径/m32IH500×6进出口管距离/m150×2.5火炬筒出口直径/m4放空火炬火炬高度/m150×2.5投资估算万元37003391.7以AJ管段为例,马赫数取05得出结论:q=700×10′m3d;以站场规模确定的最大放空量的值相对于API521规范核算d=700-6.5×2=68.7cm值偏大。从而造成工程投资估算的增大(约300万元)P2=0.1MPa;3利用 Flarenet建立火炬设计模型31 Flarenet软件参数设置T=3165KFlarenet软件需要对各泄放阀进行参数设置,如图2。L=0.5 km代入公式(1)计算出P1=011MPa(绝照此,对各管段进行计算,计算结果列入表3。表3各泄放点最大允许背压与计算所得管段入口压力之比较Tab.3 A comparison of the each discharge point maximumallowable back pressure and the income section inlet pressure whichas c力P|MP表)泄放点计算入口压最大允许背泄放点计算入口压力PMP表)压 Pb/MPaALK0340.735023tea Area Per ValveE0.320.998图2 Flarenet参数设置Fig 2 Fiarenet preferences由表(3)数据可知,计算得出的各泄放点的管段入口压力P1从图2中可以看出均小于最大允许背压P,说明在给定泄放的工况下,该火炬排放工作压力MAWP),泄个泄压阀需要知道的量有:最大管网管径和系统阻力降能满足装置运行的要求。进口温度,泄压阀的出口温度,流故设定总管管径符合管道压力降及背压要求。得放空总管径体的质量流率,流体的率。其中,流体的额定流率是其质为:DN700。量流率的121.2API521规范确定最大放空量建立farvL中国煤化工按照《 Guide for Pressure- Relieving and Depressuring Systems》CNMHG(下转第156页)API521,如在火灾情况下,为了保证处理轻烃的压力容器等设施安全,一般要求在15分钟内将压力降至690kPa或容器设计压力的50%取其中较低的压力)。广东化工2015年第21期www.gdchem.com第42卷总第311期MI=M:COS(12)aMO-MI-COS(12)aBqM0-M- COs(1/2)在保证卷曲机的卷曲辊二级减速传动的减速比以及传动扭矩不变因为(1/2)a永远为锐角,因此a越大,万向联轴节所承受的扭的前提下,采购两台1入2出的减速机,配备相应的靠背轮、联矩就越大,同时传动箱的输出扭矩就越大,它们的损坏率就提高,轴节,并对相应的设备基础和电机位置进行改动,达到减小万向使用寿命就降低,并且容易造成卷曲运转不稳定,使得卷曲辊轴联轴节张开角度、平稳传动的目的。承的使用寿命缩短新采购的1入2出减速机两个输出轴的中心距为263mm,在通过上述的分析可知:张开角度a加大是造成卷曲机万向联卷曲辊与减速机靠背轮距离不变的情况下,计算万向联轴节的张轴节损坏频率增高,卷曲机运转不稳定的主要原因开角度a3如下(300+0.10)+2-263÷2=18.55mm把弧度换算成角度为:00784×180x20831°样可以得出万向联轴节的张开角度a3=2.0831×2=4.1662°通过计算可以看出,改造之后万向联轴节的张开角度a3比改造之前的张开角度a2减小了482°,a的减小,同时,改造后的减图4卷曲辊转动扭矩与万向联轴节的传动扭矩的关系速器减速比:4:1;最大输出扭矩:6680Nm;传动轴的水平度:Fig 4 Curl roller rotation torque relationship with a universal<0.2mm;输入转速为:1452-145.3r/min;输出转速为:363.3~3663 r/min3短丝装置( BALTIC520卷曲机传动系统技4改造之后的运行效果4.1改造前后减速机运行检测数据值对比术改进设想及实施方案造前:A、B线卷曲机运行检测数据:传动箱的振动在31卷曲机传动系统技术改进设想l.1-14mms之间,油温4449度之间,电流118-120A之间。通过上述分析计算可以得出,原设计万向联轴节的张开角度改造后:A、B线卷曲机运行传动箱检测数据如下:增加是造成卷曲机运转不稳定的根源,只有减小张开角度a才能A线卷曲机振动:0.8mm/s油温:51度电流解决这个问题。减小万向联轴节的张开角度有三种实施方案101.6-103.0A(1)增加万向联轴节的长度也就是增加传动箱与卷曲辊的距离B线卷曲机振动:0.8mms油温:52度电流:966982A(2)减小卷曲辊的外径通过上述改造前后检测数据对比,可以看出振动以及驱动电3)减小减速箱输出轴的中心距机的电流均明显减小种方案不是从根源解决问题,并且万向联轴节加长高速42改造之后的运行效果运转时增加了自身的不稳定,同时万向联轴节加长,紧接着的传改造后卷取机运转率得到了极大的提高,减少废丝的产生提高了短丝的产量,并且减少了设备检修费用以及备件消耗费用。卷曲辐的外径,也就意味着降低生产能力,更不可能实施。只有确保了卷曲机设备安全、长周期稳定运行。同时也降低了操作人第三种方案才能从根本解决问题,因此经技术论证和现场测试决定对其进行减小减速箱输出轴的中心距技术改造。5结论3.2卷曲机传动系统技术改进实施方案针对短丝装置后加工卷曲机的现状,从减小万向联轴节张开大,万向联轴节损坏频率增高,卷曲机运转不稳定的问题,同时角度入手,减少由于万向联轴节传动的不平衡量,从而减少卷曲辊轴承、传动箱输出轴轴承甚至减速机以及电机的输入输出轴轴考虑到万向联轴节在运转过程中应该存在一个张开角度,以保证承的径向振动,达到减小卷曲机运转的不稳定因素,提高设备运卷曲辊运转中存在一个向下的拉力,防止卷曲辊高速运转产生向转率,减小设备维修费和备件损失费,节约了成本,确保了卷曲外的离心力,减小了卷曲辊对丝束的夹持力,导致丝束夹持不住,机设备安全、长周期稳定运行。同时也降低了操作人员的劳动强产生抱辊。也为了减少卷曲机在更换减速机或者传动箱甚至电机作的过程中膜片联轴节找水平等工作的复杂程度,决定将原度级减速传动在减速比以及传动扭矩不变的前提下改为减小减速箱输出轴的中心距一级减速传动技术改造。具体实施方案如下:(本文文献格式:梁春喜.短丝装置( BALTIC520)卷曲机传动系统设计缺陷原因分析及改进[J.广东化工,2015,42(21):155-156)对现有的短丝后加工A、B两条生产线卷曲机传动进行改造,(上接第162页)进行核算。MABP核算结果如图4。得已手算背压(011MPa)均小3.2背压核算于MABP(最大允许背压)值,符合放空系统背压要求将已手算放空管径,分液罐,火炬选型输入 Flarenet模型,图3 Flarenet模型搭建图4MABP核算结果Fig 3 Flarenet modelFig 4 MABP resuits结论[2]余洋,天然气站场放空系统有关标准的解读及应用[J中国石油集团工(1)以站场规模确定的最大放空量的值相对于API521规范的程设计有限责任公司西南分公司,2011核算值偏大。3]姚青.放空火炬系统的安全设计叮上海化工设计院,2000含RAP521计算66放空管径为DN50相比于目前67放章庆东放空火炬系统的计算与安全因素中国石化集团江汉石油管理局勘察设计DN600(考虑一定余量)更为经济。(3)根据 API RP521规范对站场放空量的核算更为经济。[5]严锐锋.天中国煤化工用.长安石油大学,2012CNMHG参考文献(本文文献格式:张萌萌,朱友庄.天然气站场放空系统的计算[]赵立丹.天然气长输管道站场放空系统计算大庆油田设计院,201l.[J].广东化工,2015,42(21):161-162