范振寧

摘 要：伴隨天然氣管道的不斷發(fā)展和管網(wǎng)的逐步完善，合建站、樞紐站、聯(lián)絡(luò)站日益增多，輸氣站場(chǎng)的規(guī)模越來(lái)越大，站場(chǎng)發(fā)生事故需泄放的天然氣總量和放空強(qiáng)度隨之增大，放空點(diǎn)火時(shí)對(duì)周邊環(huán)境的影響范圍也相應(yīng)擴(kuò)大，對(duì)站場(chǎng)選址、降低放空系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求。本文以降低站場(chǎng)事故放空時(shí)的最大泄放量、優(yōu)化站場(chǎng)放空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為目的，結(jié)合HYSYS軟件DP動(dòng)態(tài)模型計(jì)算分析結(jié)果，探討站場(chǎng)分區(qū)延時(shí)放空設(shè)計(jì)的必要性和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：天然氣；輸氣管道；站場(chǎng)放空；分區(qū)延時(shí)

1 研究背景

在天然氣輸氣管道長(zhǎng)距離、大口徑、高壓力發(fā)展趨勢(shì)日益明顯的背景下，管道沿線壓氣站、樞紐站等大型場(chǎng)站的事故放空因其瞬時(shí)泄放量大導(dǎo)致放空系統(tǒng)總管管徑大、火炬立管尺寸大、輻射熱影響范圍大、噪聲強(qiáng)度大等一系列問(wèn)題，降低了站場(chǎng)放空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，增加了站場(chǎng)選址的難度。

國(guó)外北美地區(qū)大型站場(chǎng)為降低對(duì)放空系統(tǒng)的要求多采用分散式分區(qū)放空的方式，即結(jié)合站場(chǎng)功能分區(qū)，每一分區(qū)內(nèi)分別設(shè)置放空立管進(jìn)行泄放；而國(guó)內(nèi)受土地資源制約，多采用集中放空方式，即不同分區(qū)的放空集中至一處，由同一立管泄放。目前國(guó)內(nèi)新版《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》首次引入分區(qū)延時(shí)放空的理念，為站場(chǎng)事故放空設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供了規(guī)范許可。

2 研究目的

本文以降低站場(chǎng)事故放空時(shí)的最大泄放量、優(yōu)化站場(chǎng)放空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為目的，結(jié)合HYSYS軟件DP動(dòng)態(tài)模型計(jì)算分析結(jié)果，探討分區(qū)延時(shí)放空設(shè)計(jì)的必要性。

3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范解讀

天然氣管道站場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)、大面積天然氣泄漏等事故時(shí)，往往需要緊急切斷進(jìn)出站關(guān)斷閥，同時(shí)放空站場(chǎng)管道及設(shè)備內(nèi)的天然氣。事故工況下能否及時(shí)放空站內(nèi)的天然氣對(duì)事故的控制十分關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范推薦做法為：設(shè)置緊急放空系統(tǒng)，使其能在15min內(nèi)將站內(nèi)設(shè)備及管道壓力從最初的壓力降至設(shè)計(jì)壓力的50%。該準(zhǔn)則是根據(jù)容器的壁溫與對(duì)應(yīng)破壞應(yīng)力之間的關(guān)系而確定的。火災(zāi)工況下在管道、設(shè)備金屬溫度達(dá)到脆性轉(zhuǎn)變溫度前，將其內(nèi)部壓力泄放，避免高溫、高壓對(duì)壓力管道、容器的毀壞性破壞。規(guī)范未對(duì)泄放過(guò)程的壓降速率提出要求，認(rèn)為只要15min內(nèi)將壓力降至設(shè)計(jì)壓力的50%即可。

4 分區(qū)延時(shí)放空對(duì)站場(chǎng)泄放的影響

同樣以某管道壓氣站為例，對(duì)站場(chǎng)緊急放空采用分區(qū)延時(shí)放空理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析其與常規(guī)緊急放空設(shè)計(jì)的異同。

壓氣站內(nèi)設(shè)置有兩處緊急放空閥，一處為進(jìn)出站及過(guò)濾分離區(qū)，總管容約400m3；另一處為增壓冷卻區(qū)，總管容約600m3。兩處均設(shè)置DN150緊急放空閥（閥后設(shè)置限流孔板）。常規(guī)設(shè)計(jì)中，站場(chǎng)事故工況下，兩處緊急放空閥同時(shí)開啟泄放，各處壓力及泄放流量情況見圖1。

由圖1分析可知，站場(chǎng)緊急放空時(shí)，全站放空量將是兩處緊急放空量的加和，峰值約21.6萬(wàn)kg/h。這對(duì)放空系統(tǒng)下游管網(wǎng)及終端處理設(shè)備提出了更高的要求。

采用分區(qū)延時(shí)放空理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，站場(chǎng)緊急工況下首先開啟增壓冷卻區(qū)緊急放空閥，開啟放空5min后，再行開啟進(jìn)出站及過(guò)濾分離區(qū)的緊急放空閥；分析站場(chǎng)減壓泄放過(guò)程中壓力、泄放量的變化情況。各處壓力及泄放流量情況見圖2。

由圖2分析可知，采用分區(qū)延時(shí)放空后，全站泄放峰值量18.9萬(wàn)m3/h，比全站同時(shí)泄放峰值量21.6萬(wàn)kg/h降低2.7萬(wàn)kg/h。但需注意的是，延時(shí)開啟的BDV放空區(qū)域（進(jìn)出站及分離區(qū)）壓力將于20min時(shí)方能達(dá)到起始?jí)毫Φ?0%。

若要實(shí)現(xiàn)兩處BDV緊急泄放同時(shí)于15min時(shí)泄放至起始?jí)毫Φ?0%，則需要提高延時(shí)放空管路的泄放口徑，但峰值泄放量也會(huì)相應(yīng)增加（23.1萬(wàn)kg/小時(shí)，高于21.6萬(wàn)kg/小時(shí)）。計(jì)算結(jié)果見圖3。

因此，對(duì)于不能實(shí)現(xiàn)分區(qū)報(bào)警切斷的站場(chǎng)，分區(qū)延時(shí)放空意義不大；對(duì)于具備分區(qū)報(bào)警切斷功能的站場(chǎng)，分區(qū)延時(shí)放空可以降低站場(chǎng)峰值泄放量，開啟延時(shí)時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于全站峰值泄放量的降低。

5 結(jié)論

（1）在滿足泄放要求的條件下，適當(dāng)延長(zhǎng)緊急放空閥的開啟時(shí)間，可采用先慢后快不等比方式進(jìn)行泄放，降低單處緊急放空的瞬間最大量；

（2）對(duì)站內(nèi)設(shè)置的多處緊急放空閥，可按覆蓋區(qū)域內(nèi)設(shè)備的重要程度及泄放容積大小，先后逐次延時(shí)開啟，對(duì)不同放空閥的Q-t曲線進(jìn)行疊加，保證瞬時(shí)泄放量疊加后不超限；

（3）對(duì)于不能實(shí)現(xiàn)分區(qū)報(bào)警切斷的站場(chǎng)，分區(qū)延時(shí)放空意義不大；

（4）規(guī)范僅對(duì)站場(chǎng)緊急放空的時(shí)間及壓力作出要求，未對(duì)放空過(guò)程的壓降速率提出要求，為站場(chǎng)分區(qū)延時(shí)放空提供了規(guī)范許可；

（5）建議國(guó)內(nèi)規(guī)范修編時(shí)結(jié)合API RP 521中對(duì)金屬材料軟化溫度的實(shí)驗(yàn)，明確火災(zāi)工況下壓力泄放過(guò)程的速率要求。

本文旨在對(duì)天然氣管道大型站場(chǎng)降低事故放空時(shí)瞬時(shí)放空量的分區(qū)延時(shí)放空理念進(jìn)行探討，為后期管道站場(chǎng)放空系統(tǒng)優(yōu)化提供一種思路，供行業(yè)同仁參考。

參考文獻(xiàn)

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