趙志紅，劉豐，何松，王建果

（江蘇中圣高科技產(chǎn)業(yè)有限公司江蘇南京 210000）

1 前言

輸氣管道泄放系統(tǒng)主要用來處理輸氣管道事故工況下能夠及時(shí)、穩(wěn)定安全可靠的排放氣體。根據(jù)GB50251-2015《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB50183-2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，在放空系統(tǒng)中需加放空立管或放空火炬來處理，且為了防止回火現(xiàn)象的發(fā)生，放空管路中持續(xù)通入一定量氮?dú)鈦砭S持管道內(nèi)微正壓[1][2]。隨著我國石油天然氣工程項(xiàng)目規(guī)模的擴(kuò)大，特別是東部發(fā)達(dá)地區(qū)和城市規(guī)劃區(qū)，輸氣管道輸送壓力越來越高，輸送氣量也越來越大，輸氣管道的口徑越來越大，這樣導(dǎo)致防止回火所需的氮?dú)獯祾吡恳苍絹碓酱?，?duì)氮?dú)鈨?chǔ)存占地和及時(shí)供應(yīng)條件等提出了較高的要求，使得項(xiàng)目投資和運(yùn)行成本大大增加，且大多放空系統(tǒng)地處偏僻野外，不具備任何公用工程條件（無水、電、氣），常規(guī)的安全設(shè)施（如：水封罐、自動(dòng)吹掃系統(tǒng)等）均無法使用，要保證良好防回火性能的同時(shí)降低系統(tǒng)的維護(hù)成本就顯得尤為重要。

2 節(jié)能型防回火技術(shù)

泄放系統(tǒng)節(jié)能型防回火火炬系統(tǒng)由泄放總管、泄放支管及配重塊組成（見圖1），從輸氣管線來的氣體經(jīng)過裝置泄放總管分別進(jìn)入各泄放支管中，經(jīng)配重塊與泄放支管間形成的變徑出口排放出去。當(dāng)沒有氣體泄放時(shí)，配重塊與支管出口呈關(guān)閉狀態(tài)，隨著氣體排量的增加，配重塊抬升與其相匹配支管形成一定的間隙（見如圖2），當(dāng)泄放氣恒定，通過配重塊的浮力與重力相等實(shí)現(xiàn)平衡，確保泄放氣安全穩(wěn)定排放。

圖1 節(jié)能變徑防回火裝置

圖2 自動(dòng)變徑實(shí)現(xiàn)

輸氣管線泄放系統(tǒng)中，空氣倒灌引起的回火現(xiàn)象主要發(fā)生在無泄放工況或泄放結(jié)束前極小排量工況，因此在這兩個(gè)工況下吹掃氮?dú)鈱?duì)防回火起著決定性作用。與常規(guī)單純放空管系不同，節(jié)能型防回火技術(shù)可實(shí)現(xiàn)無排放和排放結(jié)束時(shí)排放口自動(dòng)關(guān)閉，從根本上消除排放口空氣倒流回火風(fēng)險(xiǎn)。無排放工況，在保證相同防回火吹掃氣流速下，由于其為封閉狀態(tài)，只需輔以微量的吹掃氣起到密封作用，其耗氣量遠(yuǎn)小于常規(guī)放空管線（見圖3）。

圖3 吹掃氮?dú)饬繉?duì)比

從圖3可以看出相同規(guī)模下吹掃氣量可顯著降低80%以上，節(jié)能效果顯著。

另外，放空管道或設(shè)備上任意點(diǎn)的不嚴(yán)密處空氣會(huì)進(jìn)入系統(tǒng)，排放口可形成負(fù)壓回火風(fēng)險(xiǎn)，造成回火閃爆，因此管線系統(tǒng)的正壓保證尤為重要。節(jié)能型出口變徑面積遠(yuǎn)小于常規(guī)設(shè)計(jì)的固定泄放口面積，小排量和無泄放工況在相同氮?dú)獯祾吡肯?，可將傳統(tǒng)的1mmPa級(jí)微正壓密封提高10,000倍至10Pa級(jí)正壓密封（見圖4），保證正壓密封，阻止空氣的滲入。

圖4 防回火壓力對(duì)比

3 技術(shù)工程應(yīng)用

國內(nèi)某氫氣輸氣管線泄放系統(tǒng)中，因氫氣氣源特殊，爆炸范圍大（4%-75%）且著火能低（約為甲烷-空氣混合物點(diǎn)火所需能量的5%）[3]，如果管道內(nèi)流速過高，通過管路的氫氣與管壁接觸產(chǎn)生大量靜電荷，極易引起靜電著火，因此在放空系統(tǒng)中對(duì)設(shè)計(jì)有著極高的要求，節(jié)能型防回火技術(shù)通過合理確定放空管線出口壓力和流速，解決靜電等各種安全因素同時(shí)到達(dá)高效節(jié)能指標(biāo)。

節(jié)能型防回火技術(shù)實(shí)現(xiàn)了放空管端部開口隨著氣量的變化而變化，無損耗和疲勞部件，結(jié)構(gòu)緊湊，無額外占地，投資成本低。該工程項(xiàng)目節(jié)約吹掃氮?dú)饧s30噸 /年（折合標(biāo)準(zhǔn)氮?dú)馄?000罐），降低常規(guī)吹掃氮?dú)饬浚\(yùn)行過程中免維護(hù)，運(yùn)行費(fèi)用和管理費(fèi)用低，實(shí)現(xiàn)了管道系統(tǒng)防回火性能高、安全節(jié)能。

4 結(jié)論

4.1 應(yīng)用于輸氣管道放空系統(tǒng)領(lǐng)域的節(jié)能型自動(dòng)變徑防回火技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了隨氣源排量（壓力）的變化管道支管出口面積隨之而變化的功能，將傳統(tǒng)的1mPa級(jí)微正壓密封平均提高10,000倍至10Pa級(jí)正壓密封，并且吹掃氮?dú)饬拷档?0%以上，解決了常規(guī)排放系統(tǒng)氮?dú)饬肯拇蟮娜秉c(diǎn)。

4.2 根據(jù)工程項(xiàng)目特點(diǎn)確定開啟壓力，確保輸氣管線泄放氣源安全及時(shí)排放，顯著提高了防回火安全特性。

4.3 該技術(shù)無損耗和疲勞部件，結(jié)構(gòu)緊湊，投資成本低。節(jié)約吹掃氮?dú)饬?，運(yùn)行過程中免維護(hù)，運(yùn)行費(fèi)用和管理費(fèi)用低，應(yīng)用效果良好，可廣泛推廣應(yīng)用。