超量放空时放空立管工况分析与垂直反力计算

在站场放空系统设计中，设计人员有可能忽略紧急放空时出现的管道系统安全问题。近年来，先导式安全阀与ESD放空阀的使用加快了放空系统的瞬间泄放速度，设计人员应认真考虑紧急放空时，放空系统管道的安全和放空立管的承受能力问题。根据德国著名流体力学专家普朗特的相关理论并结合现场实际情况，研究了紧急放空出现超量排放时放空立管的管口声障和爆震激波现象，从工程应用的角度出发，提出如何确定放空立管垂直反力计算时的相关参数以及相应的简化计算方法。     

输气站场放空立管防火间距的研究

针对GB 50183—2004《石油天然气防火设计规范》中未给出放空量超过4×10~4 m~3/h的放空立管与油气站场的防火间距,采用DNV PHAST软件模拟不同放空量、不同风速条件下的气体扩散和热辐射范围,冷放空作业时,立管与油气站场之间的防火间距不应小于0.5LEL所限定的边界空间;热放空作业时,立管与油气站场之间的防火间距不应小于4.75 kW/m~2允许热辐射条件下限定的边界空间。结果表明:当放空量为2×10~5 m~3/h,风速20 m/s时,冷放空的防火间距为29.4 m,热放空的防火间距为67.2 m,均小于GB 50183—2004中规定的立管与油气站场防火间距。研究结果可为输气站场平面布置和总图设计提供理论依据。     

大口径、高压力输气管道放空系统泄放后果分析及改进建议

大口径、高压力输气管道在提高天然气管输能力的同时,也对管道放空系统的设计、建设和应用提出了更高的要求。为了探究大口径、高压力输气管道放空后果与管道直径和压力的关系,以长距离输气管道放空系统的设计和建设标准规范为基础,采用TGNET、PHAST、FLARENET等多种仿真软件,对不同直径和压力等级的输气管道进行了放空量、泄放速率、马赫数和安全热辐射半径等放空参数的仿真分析。结果表明：①随着输气管道直径和压力等级的提高,现有规范下截断阀室分割的管段容积显著增加,管段内需要放空的天然气量呈指数级增加;②随着管道规格的升级,放空系统的泄放速率和放空管口流速也呈指数级增加,对应的马赫数、噪声、热辐射安全半径等放空参数均显著提高,天然气安全扩散半径也受到影响,对放空过程人员和环境的威胁显著增加。为了应对大口径、高压力输气管道放空造成的威胁,降低放空系统对人员和环境的不利影响,提出了以下建议：①缩短高规格管道在各类地区的阀室间距以减少放空总量;②增加阀室放空管数量;③延长允许放空时间,减小放空立管的泄放速率。     

长输管道线路阀室放空系统热辐射影响范围研究

天然气热放空广泛应用于长输管道阀室检维修、危险作业及压力参数超限等突发事件的应急处置,热放空火焰热辐射强度直接关系到天然气管道运营安全和人员健康。采用DNV PHAST软件建模并计算典型场景热辐射强度,分析风速、温度、湿度等气象参数和物料温度对热辐射强度的影响,以及放空立管不同高度时的地面人员、设备设施安全性。研究结果表明,风速对下风向热辐射最远距离的影响最大,增加放空立管高度可减少热辐射对周围人员、地面建(构)筑物和设备设施带来的影响。     

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。     

天然气压气站放空系统设计

放空系统是天然气管输系统的重要部分,放空管的设计也直接关系着天然气管道及其处理装置是否能够安全平稳的运行。为保障天然气集输管网安全平稳运行,利用Aspen HYSYS、Flare Net计算软件按照API 521规范要求,以哈国压气站为例,对天然气压气站的放空系统进行了设计。全厂触动ESD放空及紧急停车放空时,首先关闭两端的ESD阀,放空气体通过BDV阀门放空,通过Aspen HYSYS软件计算了每段管线的瞬时放空量,为了降低放空初期巨大的放空量采用分段放空原则,通过计算确定了每段管线合理的延迟放空时间;放空管的放空量确定后,在设定合理的压降和背压等条件下,借助Flare Net软件确定了合理的放空管径;最后,在满足热辐射值的要求下,按照API 521规范确定了放空管距离压气站合理的位置。     

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。     

石油化工可燃气体或蒸气排放系统的消防安全设计

石油化工生产装置大多是通过火炬燃烧排放易燃易爆气体或通过放空管将易爆气体直接排入大气中。文章分析了火炬系统和放空管的火灾危险因素,并从火炬的布置、高度、排放能力、自动监控装置以及放空管的气体排放浓度、安装位置、安全装置等方面,重点论述了火炬系统和放空管的消防安全设计要点。     

西气东输放空系统的设计与研究

论述了石油天然气行业中的放空系统工作原理，研究了西气东输采用的放空点火系统特点，讨论了放空立管的计算模型，提出了比较符合实际情况的计算模型，指出在桅杆结构的计算分析中，应该考虑钢丝绳的弹性支撑作用。钢丝绳的弹性支撑作用对结构的周期计算、风荷载导算、地震作用的计算都有较大的影响。     

某输气管道首站ESD放空系统模拟计算和分析

输气管道站场ESD(Emergency Shutdown Device紧急关断)放空系统的阻力特性决定着放空系统的能力,利用Aspenplus软件对某输气管道首站ESD放空系统现有设施进行放空模拟计算和分析,研究放空管路相关参数的变化规律,同时针对现有放空设施不能满足GB 50251规定提出了相应的设计整改措施,并对其进行了工艺模拟分析,指出了放空系统的最高流速、ESD放空系统启动时放空管路内介质最低温度出现的位置,并对放空管的管径、放空管路长度等给出了优化建议。     

一种简易高压注气管柱的探讨与应用

鉴于国内高压注气管柱投入过高的状况,在现有注气管柱设计的基础上,针对中原油田高压注气现状,设计出一种结构上更为简单的注气管柱。通过受力分析及地面试验,对该管柱结构的合理性、承压状况及气密封性能进行了论证,结果表明:所设计管柱可完全满足高压注气承压及气密封的技术要求;管柱在现场油套环空替入平衡液的情况下,最高井口承压达62MPa,稳定承压56.5MPa,最高气密封压力达51.5MPa,稳定工作时间在半年以上。设计的简易管柱完全可满足小断块油田高压注气的要求。     

垂直立管中料层平衡高度的控制与操作

对催化裂化装置中,垂直立管中催化剂料层高度的变化对立管中催化剂的输送操作及料封的影响进行了考察。研究发现,催化剂在垂直立管中的流动可分为"脱气"和"持气"两种状态。实验结果表明,催化剂在立管中稀相流动时,压降降低,轴向压力分布有较好的线性关系,利于稳定操作和提高催化剂的循环速度。当立管中催化剂料层平衡高度较小时,"脱气段"较短,因而有利于催化剂在立管中的循环下移。因此,催化剂在立管中的输送宜采取控制一定料面高度的半充满操作方式,使催化剂在立管中形成空管或稀相流化与临界移动床下输共存的流动形式,使之既可保证立管下端良好的料封,又能满足整个装置系统稳定运行所要求的催化剂的输送循环。     

海上平台冷放空气体扩散模拟计算与分析研究

在海上油田开发工程中,对于平台上少量间歇性的可燃性气体泄放通常进行冷放空处理,但需重视对泄放气体在大气中的扩散分析,以保证平台人员和设施的安全。本文运用Fluent软件对涠洲6-8WHPA平台冷放空气体排放设计进行了模拟计算与分析,通过对泄放气体爆炸极限、重组分扩散及风速影响等进行了分析和校核,进一步保证了涠洲6-8WHPA平台冷放空设计的合理与平台人员和设施的安全,以期对类似平台的冷设计提供参考。     

连续管倒管器优化设计

国内现有倒管器存在工作时主轴不旋转导致其磨损严重,且运转不平稳; 无法适应运输滚筒上不同中心孔布局; 排管臂无法调整排管角度以适应注入头导向器高度,可能使连续管进出排管器时大角度弯折,从而导致连续管表面损伤等问题。研制了一种新型连续管倒管器,采用有限元分析方法以及现场应用,验证了该倒管器设计可靠性及现场适应性。现场应用结果表明,该倒管器适用连续管外径38.1～63.5 mm,运输滚筒外径2 700～3 700 mm,运输滚筒宽度1 780～2 300 mm,最高倒管速度20 m/min,既能实现运输滚筒的快速安装、高效倒管,也能驱动运输滚筒直接实现连续管起下作业。相关研究加快了连续管配套装备国产化进程,有助于推动油田现场实现降本增效。     

城市燃气管道内已沉积萘颗粒的运移规律

城市燃气以往长期使用含有较多萘杂质的人工煤气,近年来被天然气置换后,已沉积的萘随着天然气的流动在管道内运移有可能导致管道堵塞或设备损害,甚至影响城市燃气输配系统的安全运行。为了研究燃气管道中已沉积萘的运移问题,以云南省昆明市的燃气管道为例,运用Fluent流体动力学软件,选用离散相模型(RSM)和雷诺应力模型(DPM),模拟分析了在燃气管网常见的水平直管、水平弯管、三通管等3种管型内已沉积萘的运移规律,研究在不同的管径、弯曲比和管径比下,粒径、气流速度、温度和压力对已沉积萘运移的影响。研究结果表明:①水平直管、水平弯管、三通管中萘的运移率与沉积萘的粒径呈负相关关系,与压力、入口速度呈正相关关系;②随着温度升高,水平直管、水平弯管、三通管中萘的运移率先减小而后增大;③萘在燃气管道中的运移率受入口速度的影响最大,受温度的影响次之,受压力的影响最小;④萘的运移率与水平直管管径、三通管管径比呈正相关关系,与水平弯管弯曲比呈负相关关系。结论认为,该研究成果对于保障城市燃气输配系统的安全运行具有重要的意义。     

天然气管道泄漏声场特性研究

根据莱特希尔理论可确定天然气管道泄漏处声源为四极子声源,用声强方程和莱特希尔气动力声方程,推导出天然气管道泄漏喷流噪声强度与喷流速度间的关系式。用Matlab软件对天然气管道泄漏声场进行数值模拟,分析了天然气管道泄漏时的声场分布及声压级。结果表明,管道内声波形成驻波且整体声压都很大,管道外为四极子声源所产生的声场,声波的辐射和衰减较快;随着泄漏孔直径D和管内运行压力p0的增大,声场声压p和声压级SPL也增大。该项研究为天然气管道泄漏的进一步研究提供了理论基础。     

基于OrcaFlex的水下采油树钻杆下放影响因素敏感性分析

针对东方1-1气田的海况,基于OrcaFlex专业海工软件建立平台钻杆下放采油树的仿真模型,研究了水下采油树在下放过程中钻杆的受力情况,以及采油树的运动响应问题。研究结果表明:在钻杆受力方面,下放过程中所受到的Von Mises应力以及弯矩都主要集中在钻杆上部靠近钻杆顶端处,在钻杆与采油树连接处有较小的应力集中和弯矩。在敏感性参数分析方面,风速对下放过程钻杆受力、弯矩以及水下采油树的运动响应影响很小; 海流流速、浪高、海况的方向角度对其影响较大,其中海流流速和浪高都是正影响; 不同的海况方向角度对钻杆的受力和采油树的运动响应有不同程度的影响。研究结果将对国内水下采油树的安装提供一定指导作用。     

SY1500-1500-1000试验台设计

介绍了一种回转动力泵水力性能试验台的总体设计及其总回路有效体积、测试管径、主要测试参数选取、冷却系统、测量不确定度分析等对泵试验结果和精度有一定影响的重要参数和系统。该试验台具有试验范围大、测试数据准确、结构紧凑的特点。     

四辊万能机架的设计及应用

给出了四辊万能机架的基本构造及设计方法，这种机架不仅可以用于新设计的焊管机组中，而且还可以用于对现有焊管机组的改造。