紧急放空系统限流孔板孔径HYSYS模拟计算

紧急泄放系统为油气集输站场中设备和管道提供安全保障,尤其火灾工况下,带压介质必须尽快泄放,以防止由于容器受热后强度降低引起的破裂或爆炸。限流孔板孔径是影响泄放速率的主要因素,值得深入研究,以满足极端工况的泄放要求。基于限流孔板尺寸计算方法现状和火灾工况特点,分析了现行算法在火灾工况下的适应性,并建立HYSYS动态模拟,计算了火灾工况下紧急放空系统限流孔板孔径。结果表明,目前的限流孔板尺寸算法无法合理考虑火灾工况泄放过程中液相介质挥发和气相组分升温等情况;容器中的轻质液相组分在火灾工况下将大量挥发,常规算法得出的泄放元件尺寸无法满足此种情况下紧急泄压的需求;建立的动态泄放模型能够进一步模拟真实情况。研究成果为集输站场紧急放空系统的限流孔板合理设计提供了参考与借鉴。     

天然气掺氢对站场放空系统的影响规律分析

为了掌握天然气掺氢后对站场放空系统的影响规律,利用ASPEN HYSYS流程模拟软件,分析天然气掺氢后放空系统的适应性。结果表明：天然气掺氢后安全阀额定泄放量始终大于所需泄放量,原安全阀能满足泄放要求;天然气掺氢不会导致放空系统运行温度超出设计范围,反而对放空管道的低温工况有明显的抑制作用;天然气掺氢会使安全阀背压轻微减小,不会导致安全阀背压及放空系统运行压力超压;天然气掺氢后放空系统管径均满足泄放要求;随着掺氢比例的提高,放空火炬的辐射热距离逐渐减小。     

基于SPS天然气管道紧急放空的动态模拟

放空系统是天然气站场安全设施的重要组成部分,其完善与否关系到输气管道和处理装置的平稳运行。为反映淄博支线整个输气管道动态放空状态,并较好地重现放空系统瞬时放空状态,本文使用SPS模拟了淄博支线天然气站内放空管道稳态和动态工况,计算结果表明放空阀运行开度对系统压降有较大影响,但对瞬时放空量影响不大,将放空管瞬时流速与理论设计对比发现紧急放空开始时的瞬时速度很大,几乎为超音速,需要重新核算放空管的垂直反作用力,优化整个放空系统工艺参数的选型,为淄博支线安全生产运营打下坚实的基础。     

混氢天然气管道放空自燃过程数值模拟分析

天然气掺氢输送是实现大规模、远距离氢能转运的主要手段之一,但混氢天然气在放空过程中存在爆轰或爆燃的风险,对放空管壁施加的超压过大还会造成管壁破裂。因此,亟需明晰混氢天然气放空自燃与流场演化过程,进而量化放空管壁的一次超压。为此,利用计算流体力学方法数值模拟了混氢天然气管道放空自燃过程,对比分析了不同掺氢浓度条件下对自燃及压力波传播的影响规律,揭示了混氢天然气在阀门通道和放空管中的爆燃机制。研究结果表明：(1)高压气体在阀门通道内以压力波形式传播并不断地碰撞反射与叠加,形成马赫环结构,加热气体使温度升至自燃点,并触发自燃;(2)在阀门通道和放空管内均出现了爆燃现象,但压力波在放空管内能量迅速衰减,一段距离后温度大幅降低,气体不再燃烧;(3)掺氢比越大,压力波传递速度越快,自燃触发的时间越短,对放空管壁产生的一次超压也越大。结论认为,在确定的泄放压力与阀门开度工况下,降低掺氢浓度可有效减轻爆燃风险和减小壁面超压,实际工程中需结合输送经济成本和安全风险控制掺氢量在合理的浓度范围。混氢天然气管道放空自燃过程数值模拟分析取得的新认识有助于指导掺氢天然气管道的安全运行,将助力于绿色氢能的大规模混合...     

天然气放空管道选材分析

对高压天然气放空管道的选材进行了研究。天然气管道放空时温度较低,超出了普通碳钢的使用温度下限,需按"低温低应力工况"考虑。通过对某天然气放空管道的操作温度、操作压力及应力进行核算,分析其是否处于"低温低应力工况"。结果表明,放空管道操作压力低于1.0 MPa,正常操作时的轴向拉应力低于材料标准规定的20#钢最小抗拉强度值的10%,管道操作工况处于"低温低应力工况",管道材质可以使用20#钢。     

普光气田集输站场排污管线腐蚀与对策

普光气田是国内首次大规模开发的高酸性气田,H_2S体积分数平均为15%,CO_2体积分数平均为8.6%,且气井普遍产出地层水。溶解了H_2S和CO_2气体的产出水进入集输站场排污管道,再加上其中富含氯离子和微生物等腐蚀介质,使得该部位抗硫碳钢A333管材腐蚀条件恶劣。室内电化学和模拟工况试验评价分析表明,A333钢在该环境下耐蚀性较差。针对排污管线存在的腐蚀风险开展了防腐蚀试验,结果表明,A333钢须与缓蚀剂配合使用才能满足高酸性气体环境下的腐蚀控制要求。同时开展了替代管材(耐蚀合金、涂层和柔性复合管)的研究和筛选,为同类高酸性油气田集输站场排污管线的选材和防腐蚀方案制定提供借鉴和参考。     

输气站场低温工况设计要点

合理确定最低设计温度和选材是输气站场运行安全性和建设经济性的重要保证。为合理确定输气站场承压管道、设备的最低设计温度和选材,从最低设计温度和低温低应力工况的定义入手,结合输气站场可能产生低温的典型工况,阐述了输气站场最低设计温度的确定方法,介绍了输气站场管道、管件选材及其低温韧性试验温度与性能指标确定的原则和要点,为输气站承压管道和设备最低设计温度的合理确定和选材提供参考。该研究为输气站场的本质安全设计提供了借鉴。     

高温工况对南约洛坦气田地面工艺设施影响分析

土库曼斯坦南约洛坦气田试运投产初期,预处理厂原料气进站温度接近100℃,致使多条进站采气管线上的气动阀(GRV)支撑出现抬升、脱空现象,站内一级汇管也出现位移。对高温工况条件下预处理厂地面工艺设施出现位移、支撑脱空情况进行了原因分析。在建立管道应力分析模型基础上,讨论高温工况对站内工艺设施带来的影响。通过对地面工艺实施改造,有效降低了管道热膨胀产生的位移应力,排除了安全隐患,为高温工况条件下天然气集输站场的安全运行提供了可借鉴的经验。     

天然气长输管道站场放空系统计算

站场放空系统主要作用是在检修、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.准确计算放空系统不仅可以实现对站场内设备、管线的泄压保护,还可节省工程建设费用,方便日后运营管理.在完成计算后,建立整个站场放空系统计算模型,在可能产生的工况中比选出最恶劣的工况进行核算,核算系统是否满足放空要求.     

SIS阀执行机构的选型

当油气田或管道站场发生火灾或者是大面积泄漏时,采用紧急切断阀进行切断,切断有毒、可燃介质向外面泄放;需要时,启用紧急放空阀,将有毒、可燃介质直接泄放到火炬或者放空立管。根据API 553—2012规范的基本技术要求,结合近几年国内外油气田及天然气、成品油、原油输送管道应用的经验教训,探讨紧急切断阀、紧急放空阀执行机构在设计选型时容易模糊的技术问题,例如:防火、手轮、开关时间、复位、电磁阀配置、诊断等,确保紧急切断阀、紧急放空阀执行机构技术要求和设计选型正确。     

火灾环境下CNG长管拖车气瓶不同结构泄压装置的响应规律

由于天然气在储运过程中存在着潜在的泄漏和爆炸风险,一旦发生事故就有可能造成人民生命财产的重大损失。因此国内外有关标准法规均要求安装泄压装置,以保证CNG气瓶在超温、超压工况下能安全泄放,降低事故风险。但由于国内外标准对泄压装置设计计算方法和计算公式不同,导致不同的泄压装置在火灾工况下的动作响应规律存在着差异。为此,针对不同结构型式、不同泄放面积的泄压装置,开展了大容积钢质无缝气瓶整体火烧工况的分析研究,以获取CNG长管拖车气瓶在受火工况下温度压力的变化规律,以及不同泄压装置在火烧环境下的响应规律。研究结果表明:(1)大容积钢质无缝气瓶按照API 521-2014、CGA S-1.1和GB 16918—1997设计的泄压装置均能够满足大容积钢制无缝气瓶整体受火安全泄放的要求,考虑到可能引起二次灾害的CNG气体,推荐使用API 521-2014或CGA S-1.1计算最小泄放面积;(2)在火焰被钢板隔绝的情况下,泄压装置的热传导受阻,单爆破片结构往往比爆破片+易熔合金的组合结构先动作;(3)大容积钢质无缝气瓶在火灾环境下,泄放装置开启后,气体温度变化规律受泄放面积的影响较大。结论认为,该研究成果可以为CNG长管拖车气瓶泄压装置的标准制订和选型提供技术支撑。     

液化天然气供气站的操作技术和运营管理

LNG供气站的安全、规范操作是稳定、可靠供气的前提和保障。供气站正式投运前须用液氮对工艺系统进行干燥、预冷、置换。控制预冷速度、进液速度、储罐压力、预冷时间，可防止产生较大的冷收缩和温差应力而损坏设备与工艺管道。利用自力式增压调节阀为储罐自动增压可保证LNG储罐的平稳操作和安全供气。储罐正常工作压力由增压阀的开启压力与关闭压力所控制，储罐的允许最高工作压力由自力式减压阀的开启压力所控制，为保证增压阀和减压阀工作时互不干扰，增压阀的关闭压力与减压阀的开启压力区间应大于等于0.05 MPa。储罐上安装自力式减压阀、压力报警手动放空、安全阀起跳三级安全保护装置是防止储罐超压运行的有效措施。测满口和差压式液位计对保证储罐的安全充装至关重要。液位计接头须采用同种材料以防止冷收缩量不同导致螺纹连接副松动引起LNG泄漏。密度不同会导致静置的LNG产生翻滚引发超压事故，定期倒罐可防止LNG翻滚事故。     

油气储运场所泄压口设置的研究

建立了绝热稳态爆炸泄压计算模型，对不同泄压口位置情况下油气混合物爆炸泄压过程中压力、温度等参数进行了计算。结果表明：泄压口的位置对油气爆炸泄压过程的压力、温度以及泄放质量都有较强的影响；两端泄压的技术可以取得较好的综合泄压效果。     

成品油管道中间分输站压力等级的优化

成品油管道的优化包含多方面内容,如线路管径、材质、壁厚,泵站数量、泵匹配等。本文仅从中间油品分输站压力等级选取论述其优化方法。方案优化过程中,比较了不同工况下采用几种压力等级配置时,设备设置和投资变化等,得出优化方法的结果:当进站压力较低时,可适当提高下载部分压力等级,投资变化不大的情况下既保证设备安全又简化了操作流程;当进站压力较高时,可通过设置分输下载部分减压及泄压措施来降低整个下载部分的设计压力等级,从而减少投资。中间站分输部分压力等级的选择也可归结为一个投资、安全性、操作灵活性的分析比选问题,当高压力等级设备与低压力等级设备的同类产品价格趋于接近,则偏向采用提高压力等级的本安型设计方案;当高压力等级设备与低压力等级设备的同类产品价格差异较大,则宜优先考虑通过减压、泄压降低整个系统压力等级的方案。     

海上自喷油井关井井口压力预测方法

油井生产过程中紧急关井的井口压力是合理选择井口设备以及管线的重要依据,但目前缺乏该方面的理论计算方法。分析认为水击压力主要受关井瞬间流体流速、压力波传播速度和流体密度等3个因素影响,建立了水击压力及由井底压力恢复引起的井口压力变化的计算方法;综合考虑水击压力和关井压力恢复的影响,研究了生产油井紧急关井情况下井口压力的变化趋势。研究表明:中高渗地层的井口压力随着时间的增加而增大,关井时间越长,井口压力越大;低渗地层的井口压力会在短时间内突然增加。      

泄爆口强度对管内天然气爆炸流场的影响仿真

天然气管道处于泄漏燃烧状态时有可能引发管内天然气爆炸,爆炸流场受管道泄爆口强度的直接影响,但目前对于该方面的研究则较为薄弱。为此,选择内边界为80 mm×80 mm×600 mm的小尺寸矩形管道作为仿真研究对象,基于FLACS软件分析了管道在泄爆口承压泄爆、密闭、开口等3种工况下天然气爆炸火焰的传播特性,研究了泄爆口强度对管内爆炸压力、温度、火焰传播速度的影响规律。研究结果表明:①管道内甲烷/空气预混气体燃烧爆炸反应过程中,在泄爆口密闭的条件下,压力和温度上升至峰值后无明显下降趋势,而在泄爆口开口情况下,管道内压力迅速上升至峰值后急剧下降,温度上升至峰值后缓慢下降;②在泄爆口承压泄爆条件下,管道内压力和温度的变化趋势相似,均经过先上升至峰值后下降的过程,随着泄爆口承压能力的增加,管内压力峰值、温度峰值以及到达峰值的时间均增加;③压力峰值由大到小的工况依次为泄爆口密闭、泄爆口承压0.5 MPa、泄爆口承压0.3MPa、泄爆口承压0.1 MPa、泄爆口开口,温度峰值由大到小的工况依次为泄爆口密闭、泄爆口承压0.5 MPa、泄爆口承压0.3 MPa、泄爆口承压0.1 MPa、泄爆口开口,火焰传播速度峰值由大到小的工况依次为泄爆口开口、泄爆口密闭、泄爆口承压0.3 MPa、泄爆口承压0.5 MPa、泄爆口承压0.1 MPa。结论认为,泄爆口强度对管内爆炸压力与火焰传播速度的影响较为显著,而其对管内温度的影响则不明显。     

压力容器泄放过程建模与仿真分析

在石油化工领域压力容器被广泛应用于存储和运输压缩气体。在特殊工况下,需要将压力容器气体进行泄放,以保证设备和管路的安全。基于热力学第一定律、质量守恒和AGA8状态方程,建立了压力容器泄放过程的动力学模型,分析了容器内气体压力、温度、压缩因子和绝热指数等参数的变化规律,研究了外界温度、气体组分和孔板面积对泄放时间的影响,给出了计算孔板直径的方法。结果表明,泄放过程中,压缩因子和绝热指数是变值,气体组分对泄放时间有明显的影响,在仿真计算时应该充分考虑。泄放时间随外界温度升高而增加。该研究结果可以为压力容器放空系统的设计和优化提供参考和帮助。     

海上气田高压低温压力容器设计及材质选择

针对南海某气田高压低温压力容器低温板材厚度超过许用范围的问题,提出采取减小设计压力、降低筒体直径、合理进行压力与温度的设计工况组合等措施以减小低温压力容器的壁厚,得到适用于高压低温工况下压力容器材质选择的方法,为高压低温大壁厚压力容器的设计提供可借鉴的方法.     

井下节流技术在低温分离工艺中的配套应用

长庆榆林气田集气站内采用多井加热、节流制冷、低温分离工艺流程，气井井口压力为18～22 MPa，单井进站天然气直接节流制冷后温度将低于-20 ℃，这超过了集气站所采用设备普通20^#钢适用温度范围，需要先经加热后再节流，才能达到低温分离工艺温度要求。针对集气站低温分离工艺运行实际，为解决多井集气站所辖低产气井井筒积液、采气管线水合物堵塞频繁等问题，引入井下节流技术，研究了井下节流技术和配套低温分离工艺应用基本原理和技术关键，现场共成功配套应用14井次，使单井采气管线运行压力降为10～12 MPa，单井进站天然气直接节流制冷，停运了多井加热炉，不但满足了低温分离工艺温度-8～-18 ℃的要求，而且有效解决了低产气井水合物堵塞等问题，实现了正常生产和节能降耗，减少了甲醇注入量和燃气消耗，提高了气井采气时率，14口井每天可节能价值约1.07万元，经济效益显著。