張 英，許 峰，李樂(lè)樂(lè)，蔣和平，譚言果

(1. 中國(guó)石化達(dá)州天然氣凈化有限公司，四川 達(dá)州 635000；2.中國(guó)石化中原油田天然氣處理廠，河南 濮陽(yáng) 457061)

密閉系統(tǒng)內(nèi)壓強(qiáng)隨溫度變化的研究及應(yīng)用

張 英1，許 峰2，李樂(lè)樂(lè)2，蔣和平1，譚言果1

(1. 中國(guó)石化達(dá)州天然氣凈化有限公司，四川 達(dá)州 635000；2.中國(guó)石化中原油田天然氣處理廠，河南 濮陽(yáng) 457061)

氣密性試驗(yàn)是帶壓系統(tǒng)投用前進(jìn)行的測(cè)漏工序，目的是消除系統(tǒng)內(nèi)各連接部位的泄漏，達(dá)到工藝生產(chǎn)要求。本文采用標(biāo)準(zhǔn)方程式計(jì)算出密閉系統(tǒng)內(nèi)壓強(qiáng)隨溫度變化的數(shù)據(jù)，與氣密性試驗(yàn)實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)作對(duì)比，驗(yàn)證密閉系統(tǒng)內(nèi)壓強(qiáng)隨溫度變化的規(guī)律，作為氣密性試驗(yàn)結(jié)果判斷的參考依據(jù)。

標(biāo)準(zhǔn)方程式；密閉系統(tǒng)；溫度；壓力

伊拉克米桑油田新建一處天然氣處理廠，對(duì)含硫天然氣進(jìn)行處理，包括管匯單元，增壓?jiǎn)卧?、脫硫單元、分配單元和硫磺回收單元等裝置。管匯單元匯集各區(qū)域的原料氣輸送至增壓?jiǎn)卧M(jìn)行增壓，增壓后的原料氣進(jìn)入脫硫單元脫硫，產(chǎn)品氣輸送至分配單元后到用戶點(diǎn)，含硫酸氣進(jìn)入硫磺回收單元進(jìn)行回收(工藝流程概況見(jiàn)圖1)。其設(shè)計(jì)規(guī)模為原料氣處理量200×104m3/d，正常操作彈性為50%～105%。在這些裝置投產(chǎn)前，各系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)應(yīng)壓力等級(jí)的氣密性試驗(yàn)。該廠各單元包括眾多不同壓力等級(jí)系統(tǒng)，氣密性試驗(yàn)周期長(zhǎng)，由于現(xiàn)場(chǎng)晝夜溫差大，氣密系統(tǒng)壓力隨溫度變化大幅波動(dòng)，嚴(yán)重影響人員對(duì)氣密性試驗(yàn)結(jié)果的判斷，延長(zhǎng)氣密性試驗(yàn)周期。本文通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)方程式計(jì)算溫度變化影響壓力的規(guī)律，作為氣密人員的參考和判斷依據(jù)，對(duì)減少氣密性試驗(yàn)時(shí)間，保證裝置順利投產(chǎn)奠定了較好的基礎(chǔ)。

圖1 天然氣處理廠工藝流程概況

1 研究對(duì)象

本文選取處理廠分配單元一處分液罐作為研究對(duì)象，該設(shè)備設(shè)計(jì)工作壓強(qiáng)為0.6MPa，尺寸ID×T/T(mm)1300×3000。天然氣處理廠在此壓強(qiáng)區(qū)間工作的系統(tǒng)眾多，以此為研究對(duì)象有較好的適用性。

2 研究方式

2.1 前提條件

以盲板隔離分液罐所有出入口流程，確保罐內(nèi)密封，用氮?dú)庾鳛槌鋲航橘|(zhì)，根據(jù)氣密性試驗(yàn)規(guī)范，本次試驗(yàn)壓力為0.66MPa，根據(jù)化工中對(duì)壓力等級(jí)劃分，屬于低壓壓力范圍。

2.2 計(jì)算

密閉空間內(nèi)氣壓與溫度的關(guān)系使用理想氣體方程式進(jìn)行計(jì)算①

pV=nRT…①

p表示理想氣體的壓強(qiáng)(Pa)，V表示理想氣體的體積(m3)，n表示氣體物質(zhì)的量(mol)，T表示理想氣體的熱力學(xué)溫度 (K)， R表示理想氣體常數(shù)(J/mol/K)。

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)使用氮?dú)鉃榉忠汗蕹鋲褐?.660MPa， 對(duì)分液罐各盲板隔離點(diǎn)進(jìn)行試漏，確保無(wú)泄漏情況出現(xiàn)，試驗(yàn)記錄了一天中不同溫度下罐體壓力表實(shí)際數(shù)值，見(jiàn)表1。

表1 不同溫度下罐體壓力表記錄數(shù)據(jù)

2.4 計(jì)算數(shù)據(jù)

分液罐的體積V=πr2h=3.14×(1.3/2)2×3=4.225m3

根據(jù)試驗(yàn)起點(diǎn)壓強(qiáng)和溫度計(jì)算分液罐內(nèi)氮?dú)馕镔|(zhì)量,理想氣體常數(shù)R=8.314

n=pV/RT=(660000×4.225)÷[8.314×(273.15+25)]=1124.931mol

根據(jù)理想氣體方程式，在不同溫度下分液罐內(nèi)壓強(qiáng)隨溫度變化的計(jì)算數(shù)據(jù)如下表2。

表2 計(jì)算數(shù)據(jù)表

4 數(shù)據(jù)對(duì)比

通過(guò)實(shí)際記錄數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)繪制折線圖(圖2)。

圖2 數(shù)據(jù)對(duì)比圖

在此壓力區(qū)間，使用氮?dú)獬鋲?，?shí)際數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)最大偏差為0.013MPa。根據(jù)處理廠氣密性試驗(yàn)合格6小時(shí)壓降不大于氣密壓強(qiáng)的1%的標(biāo)準(zhǔn)，適用于氣密系統(tǒng)試驗(yàn)期間判斷是否存在漏點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算數(shù)據(jù)與記錄數(shù)據(jù)基本一致。

5 結(jié)果分析

本文采用理想氣體方程式驗(yàn)證在1MPa以下壓強(qiáng)范圍內(nèi)的計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際記錄數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果基本一直，因此這種計(jì)算可用作氣密性試驗(yàn)是否合格的驗(yàn)證方式。

6 應(yīng)用

天然氣處理廠各裝置在此壓強(qiáng)范圍內(nèi)的氣密系統(tǒng)通過(guò)使用上述計(jì)算方式的驗(yàn)證，有效的判斷出氣密系統(tǒng)是否存在漏點(diǎn)，減少了重復(fù)氣密的次數(shù)，也為氣密性試驗(yàn)驗(yàn)收提供了參考依據(jù)。

[1] 丁伯民.ASME Ⅷ 壓力容器規(guī)范分析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

[2] 王紀(jì)兵.壓力容器檢驗(yàn)檢測(cè)[M].2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016.

[3] 巴曉革.物理化學(xué)[M].北京：中國(guó)醫(yī)藥科技出版社，1999.

(本文文獻(xiàn)格式：張 英，許 峰，李樂(lè)樂(lè)，等.密閉系統(tǒng)內(nèi)壓強(qiáng)隨溫度變化的研究及應(yīng)用[J].山東化工，2017，46(10)：155,159.)

2017-03-23

張 英(1988—)，四川遂寧人，2012年畢業(yè)于西華大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于中原油田普光分公司天然氣凈化廠，從事天然氣凈化裝置中控內(nèi)操工作。

TE866

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