高压天然气系统的放空理论与实际技术研究

放散系统是储气库场站与安全相关的重要单元,主要防止系统在不正常的工况下或者紧急工况下的超压,也是正常停车泄压所必须的。在烃类介质的泄放中,放空气体的输送也需要一个复杂的系统。以某境外大型天然气储库项目地面站场的放空系统设计为例,详细阐述了采用的公式和标准规范,在考虑关键参数-泄放量及泄放压力的情况下,列举了各自单元泄放的相关数据,对放空管线及放散筒的设计与计算进行了详细论述,并结合实际情况说明了放空系统中管件设备的设计。     

地下储气库放空技术探讨

地下储气库放空系统具有地面设施多,装置规模大,压力等级高,瞬时泄放量远大于平均泄放量等特点。基于地下储气库放空特点,其放空系统设计仍以国内相关规范以及欧洲标准EN12186、美洲标准API521等规范为依据,合理设置安全仪表系统及超压泄放设施。安全仪表系统采用四级关断以实现关断及放空,通过泄放系统和非泄放系统的不同组合设置,来保障整个系统的安全。当低压系统泄放压力高于整个放空系统背压的50%时,高、低压放空汇管可共用一条,否则宜独立设置。地下储气库放空系统不应按全量放空设计,放空量与站场压力系统分级及分区设计相关联,需根据地下储气库实际情况计算后确定。     

放空系统BLOWDOWN模拟及低温研究

放空系统是天然气集输的重要组成部分,放空系统模拟计算的准确性直接影响集输过程的安全运行,针对Depressuring模拟方法和手动搭建动态模型存在的问题,采用BLOWDOWN动态泄放技术建立完整的放空系统模型。考虑泄漏、火灾和设备维修三种泄放工况,泄漏和火灾工况用于确定孔板尺寸和放空系统定尺计算,在此基础上进行设备维修泄放低温研究。模拟结果标明：火灾工况的泄放量大于泄漏工况,决定放空系统能力;维修工况下,沿气体泄放方向,放空系统中管线/设备的最低温度呈不断上升趋势;对影响低温的初始泄放温度进行敏感性分析,表明最低温度随初始泄放温度的降低而降低。综上所述,BLOWDOWN动态泄放技术不仅可以模拟放空系统泄放量,而且还可以精确模拟放空系统的低温分布,指导泄放系统管线和设备选材。     

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。     

天然气净化装置紧急泄放系统动态模拟研究

天然气紧急泄放系统通常通过放空管线上的限流孔板控制泄放速度,该方法存在初始泄放速率较大且衰减较快的问题。而火炬系统规模根据初始峰值泄放流量设计,在放空过程中大部分时间处于低负荷状态运行,从而造成了浪费。本研究通过HYSYS Dynamic软件对天然气紧急泄放过程进行动态模拟,对比分析系统初始压力、孔板喉径面积、两级泄放开阀时间等因素对体系放空过程的影响。结果表明：泄放喉径和开阀时间是峰值流量和泄放时间的决定性因素。选取适宜的两级泄放方案,可在泄放能力满足要求的同时,有效降低放空过程峰值流量,降低火炬设备投资。     

通过HTRI软件模拟研究解决渣油加氢装置火炬热放空问题

在部分渣油加氢装置设计中,在热低压分离器顶部设安全阀,其泄放温度高达360 ℃左右,而系统火炬管网的设计温度通常在260 ℃左右,因此需要在装置内将高温的泄放气体冷却到260 ℃以下后再出装置。通过HTRI传热软件模拟计算,对几种冷却方案从经济上和易实施的角度上进行对比分析,最终优选出在装置的放空分液罐内嵌水冷却器的冷却方案。在放空管线上加翅片管或循环水套管冷却的方案适用于系统火炬放空线。     

天然气处理站(厂)放空系统规模的确定方法

天然气处理站(厂)放空系统的设计关系到站(厂)安全,而如何确定站(厂)放空系统的设计规模尚无相关的规定,全量放空的设计理念并不科学,应结合事故工况下自控系统的设置,通过计算得到站(厂)最大放空速率,据此确定放空系统规模。建议采用先关断再放空的设计理念,采用ASPEN HYSYS软件建立站(厂)放空模型,分别模拟稳态条件和动态条件下站(厂)放空的过程,根据SY/T 10043—2002《泄压和减压系统指南》对泄放时间的要求,通过控制放空阀的开度,研究不同放空工况下气体泄放压力、温度、速率的变化趋势,站(厂)放空时采取可靠的措施控制放空初期的放空速率,确保安全、有效放空,并优化放空系统规模。     

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。     

海洋石油平台冷放空系统设计及模拟分析

海洋石油平台冷放空系统的设计影响平台安全、结构重心以及工程费用。冷放空系统的设计需要根据感受点的位置对冷放空臂长度进行精确的模拟计算,以确保平台人员及设备的本质安全。以海上某无人平台为例,利用PHAST及FLARESIM软件进行冷放空系统模拟分析,根据冷放空泄放中产生的热辐射、噪音及气体扩散对平台产生的影响,选取合适的放空臂长度。     

集气站放空系统改造可行性分析

针对靖边气田集气站放空作业过程中出现的气井采出水污染周边场地的问题,从放空分液和火炬燃烧两个环节进行分析,查找出存在的问题,通过对比选型,提出采用双筒式闪蒸分液罐和旋风式放空分液火炬的放空工艺模式。通过现场试验和运行数据统计评价双筒式闪蒸分液罐和旋风式放空分液火炬的效果,并对该套放空系统的环境效益和社会效益进行评估,为气田开发奠定坚实的健康、安全、环境基础。     

天然气站场放空气量估算方法的探讨与研究

本文通过对天然气站场工艺及安全泄放系统的理论分析、探讨与研究．推导出了天然气站场事故放空气量的估算公式，为天然气站场放空设施(放空管及火炬)的设计提供参考。     

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。     

国外某油气集中处理站火炬系统升级改造方案分析

火炬系统的升级改造通常是油气田站场改造的重点和难点。针对国外某油田集中处理站火炬实际运行中存在的问题进行分析,对新建火炬系统与已建火炬系统运行方式提出了两种解决方案,综合分析后选取了方案二。当两套并联运行的火炬系统共用一套泄放管网时,需考虑设置水封罐,或者在火炬筒底部设置吹扫气,并加大吹扫气量,防止因偏流引起火炬互吸、闷烧现象;当必须采用两套不同规格的火炬时,建议设置相互独立的泄放管网和放空分液设施,分别与相应的火炬系统配套。对于高压火炬,特别是放空量大的火炬系统,在背压条件允许的前提下建议采用音速火炬,可以实现无烟燃烧,并大大降低火炬辐射热,同时减小火炬汇管尺寸,从而降低生产成本。     

火灾泄压放空时限流孔板的实验论证

随着目前高压、高处理量天然气处理厂的增加,安全泄放成为处理厂设计的重点。着重论述作为泄放系统重要组成部分的限流孔板孔径的选取方法,并以实验结果论证孔径的选取是否合适。实验结果证明了紧急泄压时如加有限流孔板,放空更为安全、平稳。     

海上平台冷放空系统在低放空量下的安全分析

在海洋石油平台冷放空系统的设计中,选择泄放管径时一般以平台最大泄放量为基准,使放空口流速达到150m/s。若平台实际放空量远小于设计放空量,则放空口的气体流速难以达到设计值,此时可燃气体的稀释效果有待验证,冷放空系统的安全性需重新评估。利用FLUENT软件,通过数值模拟的方式,验证了海上平台冷放空系统在低放空量下的安全性,并对冷放空系统的设计提出了建议。     

储气库放空系统优化技术研究

地下储气库工程的放空系统由放空管网及火炬组成,放空量的确定是决定放空系统的关键要素。放空系统泄放量不应是集注站最大处理量,应综合分析计算各种泄放工况下的泄放量及各种工况同时发生的概率后确定。秦皇岛—沈阳天然气管道储气库工程集注站放空系统为事故状态下放空,满足注采集输管线、集注站、双向输气管道的放空需求。通过集注站平面分区布置、工艺系统划分、高低压分开设置的方法对天然气站场放空进行分析计算和设备选型,确定高压放空和低压放空分开设置的放空系统方案,解决了天然气站场放空规模过大,放空设施浪费的问题。该方法属国内首次应用,目前已被其他同类型储气库借鉴。     

高压加氢站氢气放空系统工艺设计若干问题探讨

从放空系统配置、工艺设计及安装布置等角度对高压加氢站放空系统开展研究。对安全阀选型、管路系统及放空总管的工艺设计进行了论述。针对安全阀泄放量及阻火器设置对整个管路系统和放空总管的影响进行了论证，对不同阻火方式的选择提出了建议，总结了放空系统的安装布置要求。经论证，安全阀选型冗余和阻火器盲目使用会提高氢气放空管路系统和放空总管的设计要求。设计上建议在满足泄放要求下，合理选用安全阀，根据应用场景选用阻火方式，对管路系统和放空总管规格进行整体核算。安装布置时，在满足规范规定的防火间距基础上，充分考虑管道柔性、接地和防雷要求，保证氢气能够安全通畅排放。     

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。     

特大型高含硫天然气净化厂安全放空与火炬系统设计解析

四川盆地普光气田天然气净化厂具有120×10⁸ m³/a的高含硫天然气（H₂S体积分数为14.14%,CO₂体积分数为8.6%,有机硫含量为340 mg/m³）处理能力。为了保证事故工况时其大排量高含硫天然气的安全泄放和高效燃烧,优化了高低压放空管网及火炬系统的设计,突破一般天然气净化厂 “全量放空”的常规设计思路,合理确定了放空规模为75×10⁴ m³/h,研发出放空抗低温、防火雨、高低压火炬密封、大排量放空防回火、三重保障点火、流体密封等技术,同时引进高效高低压酸性气火炬燃烧器,保证了火炬的安全平稳运行。放空与火炬系统投产后运行平稳,燃烧效率高于99.9%,为新建或改扩建大型天然气净化厂提供了参考。     

靖边气田集气站放空系统运行分析

针对靖边气田集气站放空作业过程中出现的气井采出水污染周边场地的问题,从放空分液和火炬燃烧两个环节进行分析,查找出存在的问题,通过对比选型,提出采用双筒式闪蒸分液罐和旋风式放空分液火炬的放空工艺模式。通过现场试验和运行数据的统计分析结果得知,双筒式闪蒸分液罐和旋风式放空分液火炬可以很好地满足产水气井的放空作业,该套放空系统具有良好的环境效益和社会效益,值得推广应用。