劉芳(北京沃利帕森工程技術(shù)有限公司,北京100012)

FLARENET在天然氣裝置火炬管網(wǎng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉芳(北京沃利帕森工程技術(shù)有限公司,北京100012)

本文闡述一種設(shè)計(jì)天然氣裝置火炬管網(wǎng)的途徑，即用模擬軟件FLARENET來(lái)進(jìn)行模擬計(jì)算相應(yīng)模型。并介紹了模型設(shè)計(jì)的原則，以舉例說(shuō)明的形式分析了計(jì)算結(jié)果，并且通過(guò)比較實(shí)際火炬設(shè)計(jì)來(lái)證明該軟件設(shè)計(jì)的可行性。

FLARENET應(yīng)用；火炬；安全閥

計(jì)算軟件FLARENET可以模擬多種類型的火炬管網(wǎng)，用于網(wǎng)狀泄放系統(tǒng)計(jì)算。本文使用該軟件計(jì)算天然氣裝置的火炬的不同泄放工況，而且該模擬已經(jīng)有相應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用。

1 專業(yè)術(shù)語(yǔ)

1.1 排放壓力PD和定壓PS

定壓為安全閥整定壓力簡(jiǎn)稱，使閥瓣剛打開時(shí)的入口壓力。系統(tǒng)必須處于該壓力下，才能有可測(cè)的起始值，即開啟高度，其測(cè)量介質(zhì)為連續(xù)狀態(tài)[1]。在閥門設(shè)計(jì)原則中，為了保證安全，管道設(shè)計(jì)壓力一般要求高于安全閥的定壓。

安全閥中的閥瓣達(dá)到開啟狀態(tài)時(shí)的入口壓力成為安全閥排放壓力[2]，在此定義超壓ΔPO,為排放壓力和定壓的差值，也稱作超壓百分?jǐn)?shù)。按照國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，普通工況下超壓通常為定壓10%；火災(zāi)工況下，超壓不得高于定壓16%。

1.2 安全閥被壓Pb

排壓和定壓皆為入口壓力，于此類比，定義安全閥出口的壓力為安全閥背壓，背壓細(xì)分為積聚背壓和附加背壓[1]，通常情況，附加背壓較小，因?yàn)槭前踩y開啟前在出口位置存在的壓力，可能為系統(tǒng)中水封等靜壓，或者其他泄放源產(chǎn)生。閥門開啟后，介質(zhì)通過(guò)安全閥在后，在火炬管網(wǎng)流動(dòng)會(huì)遇到阻力，這種流動(dòng)阻力即為積聚背壓。本文中FLARENET所計(jì)算的背壓是總背壓。

1.3 馬赫數(shù)Ma

為了確保經(jīng)濟(jì)合理，火炬氣排放管中的介質(zhì)速度很快，同時(shí)不能超過(guò)背壓的允許范圍，為了來(lái)定性比較火炬管線流速的高低，引入馬赫數(shù)，其定義如下：

馬赫數(shù)Ma=U/Ua其中Ua=103（kPd/Gg）

U——介質(zhì)流速

Ua——聲速

Pd——介質(zhì)壓力

Gg——介質(zhì)密度

K——絕熱指數(shù)

設(shè)計(jì)要求火炬,總管馬赫數(shù)通常小于0.5，支管小于0.7。

2 火炬管網(wǎng)模型設(shè)計(jì)原則

用FLARENET設(shè)計(jì)火炬管網(wǎng)模型時(shí)，應(yīng)當(dāng)先火炬氣成分有大體了解，在軟件物性庫(kù)中選取天然氣中有幾率存在的各種烷烴類物質(zhì)，定義管道材質(zhì)，導(dǎo)入阻降系數(shù)，同時(shí)要設(shè)定不同管道的馬赫數(shù)要求，以及一些基本常用的參數(shù)，如泄放工況等?；緟?shù)設(shè)定完成即可著手裝置模型的搭建工作，根據(jù)設(shè)想構(gòu)建火炬的總管和支管，以及安全閥門的位置，但要確保裝置的可行性。管道尺寸在設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置初始值，先入為主利用軟件進(jìn)行核實(shí)，也可以暫時(shí)不給出。

3 結(jié)果分析

下面進(jìn)行案例分析，對(duì)象1是100萬(wàn)t/a天然氣裝置火炬管網(wǎng)，以軟件得到的結(jié)果做出解析。僅以天然氣作為管網(wǎng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以天然氣裝置界區(qū)點(diǎn)作為計(jì)算起點(diǎn)，壓力是0.15MPa。

火炬管網(wǎng)的收集系統(tǒng)分為干、濕兩個(gè)部分，收集不含水同時(shí)溫度比較低的為干火收集系統(tǒng)，收集含水的，氣溫較高的為濕的收集系統(tǒng)，總管布置應(yīng)當(dāng)以火炬氣走向來(lái)確定，同時(shí)還要考慮設(shè)備的布置。為了確保系統(tǒng)更加有安全保障，考慮到火炬氣經(jīng)過(guò)儀表聯(lián)鎖后排氣會(huì)減少，并且會(huì)有部分儀表減排失敗，在計(jì)算大工況的工作條件下，總量應(yīng)當(dāng)是減排后流量再加上一個(gè)額外的流量，額外流量為減排失敗的排放量。

將廠家結(jié)果和軟件得出結(jié)果對(duì)比分析，F(xiàn)LARENET計(jì)算得的火炬總管的各類數(shù)據(jù)，其中干火炬排量和已投產(chǎn)100萬(wàn)t/a基本相符，但是對(duì)于濕火炬排量，對(duì)象1天然氣遠(yuǎn)比對(duì)象2天然氣大。總管直徑對(duì)象1比對(duì)象2要小，這樣，既能保證安全又可以保證更加經(jīng)濟(jì)。與此同時(shí)，通過(guò)軟件計(jì)算得到的安全閥門的型式和排量都能與廠家的數(shù)據(jù)相類似。

考慮到火災(zāi)情形，若以最大泄放工況下的臨界值0.15MPa作為界區(qū)臨界壓力值得到的安全閥背壓值和實(shí)際值相比，結(jié)果將會(huì)偏大，以此選擇安全閥反而會(huì)更加安全可靠。但是以此安全閥計(jì)算得到的支管流速將會(huì)提高，因?yàn)樵趯?shí)際的情況下，界區(qū)點(diǎn)壓力會(huì)小于0.15MPa導(dǎo)致安全閥開啟式進(jìn)出口壓差巨大。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述。使用FLARENET軟件進(jìn)行天然氣火炬管網(wǎng)設(shè)置是非?？尚杏行У?，不僅可以保證火炬安全，而且可以大大降低人力物力等成本，運(yùn)用前景非常廣闊。

[1]T－PE005111C－2008，安全閥計(jì)算、選型與設(shè)置導(dǎo)則[S].

[2]李兆嶺，安全閥在鍋爐壓力容器中的使用要點(diǎn)分析[J].中小企業(yè)管理與科技,2012.1:P310—P310