處理廠放空火炬系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

處理廠放空火炬系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1火炬及放空系統(tǒng)在天然氣處理廠，尤其是在發(fā)生緊急情況的情況下，很大的爐氣和排放量會(huì)排放。為了確保設(shè)備的系統(tǒng)穩(wěn)定安全，盡可能不影響設(shè)備自身和周圍的正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，并保護(hù)周圍的生態(tài)環(huán)境，因此通常將排放氣體通過燃燒處理后排放到爐中。按照《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等規(guī)定,處理廠應(yīng)設(shè)置火炬及放空系統(tǒng)目前,國(guó)內(nèi)外成功應(yīng)用于處理廠的火炬系統(tǒng)按壓力等級(jí)和馬赫數(shù)不同,分為音速火炬和常規(guī)火炬長(zhǎng)慶靖邊氣田凈化廠均采用常規(guī)火炬,常規(guī)火炬氣體流速低,放空管網(wǎng)龐大且投資較高;而新型的音速火炬出口氣體流速高、燃燒充分,熱輻射低,DN700、火炬筒高H=80m的規(guī)格即能滿足放空要求,縮減了放空管網(wǎng),降低了投資。2該計(jì)劃的概念2.1放空系統(tǒng)性能分析音速火炬相對(duì)于常規(guī)火炬,具有天然氣流速高、放空管網(wǎng)管線震動(dòng)大、火炬口背壓高、放空系統(tǒng)運(yùn)行壓力高、對(duì)上游天然氣安全閥運(yùn)行影響大等特點(diǎn),因此本文從音速火炬頭的原理、放空管線的選取、放空管網(wǎng)管線應(yīng)力分析、放空系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力、火炬塔架的設(shè)置以及安全閥的選型等方面進(jìn)行分析研究。2.2具體介紹2.2.1防止空氣進(jìn)入火炬頭內(nèi)部(1)火炬頭靠近頂部的位置設(shè)有阻火環(huán)。通過阻火環(huán)改變火炬氣流截面上的流速分布,通過火炬氣或吹掃氣變化的流速來阻止外部空氣倒入火炬頭內(nèi)部。(2)火炬頭內(nèi)部設(shè)有動(dòng)態(tài)密封裝置。采用一層動(dòng)態(tài)密封形式,防止空氣侵入筒體內(nèi)部,形成可燃性混合物,造成不安全因素。為使密封裝置正常運(yùn)行,連續(xù)引入小流量密封氣體,以保證筒體內(nèi)的微正壓,防止空氣侵入火炬系統(tǒng)。(3)火炬頭和穩(wěn)焰器等火炬頭主體上部的材質(zhì)為310SS,保證其高溫強(qiáng)度和抗腐蝕性能。2.2.2天然氣放空系統(tǒng)根據(jù)放空氣點(diǎn)排氣壓力差異情況,火炬及放空系統(tǒng)設(shè)置有高壓放空系統(tǒng)和低壓放空系統(tǒng)。高壓放空系統(tǒng)用于處理廠及來氣干線緊急事故狀態(tài)的天然氣放空(包括集氣總站、脫水脫油裝置的原料氣、脫水脫油裝置凈化氣、外輸產(chǎn)品氣、脫水脫油裝置三相分離器放空氣),低壓放空系統(tǒng)用于停工檢修時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的余氣和工廠事故狀態(tài)低壓氣放空(包括丙烷制冷系統(tǒng)、燃料氣系統(tǒng),凝析油穩(wěn)定裝置的閃蒸氣,甲醇污水處理的閃蒸氣和不凝氣)(見圖1)。2.2.3放空閥背壓確定根據(jù)音速火炬的特性,天然氣放空時(shí)火炬口的背壓為0.6MPa,根據(jù)處理廠各放空點(diǎn)的相對(duì)位置,考慮到管網(wǎng)壓力損失,經(jīng)過HYSYS軟件模擬可知,最遠(yuǎn)端的放空閥背壓可達(dá)0.95MPa。根據(jù)《油氣集輸管子及管路附件選用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范要求:B類(天然氣屬于此類物質(zhì))管路的最低公稱壓力取1.6MPa。因此高壓放空管線的設(shè)計(jì)為1.6MPa。2.2.4最大火炬氣排放量火炬氣最大排放量確定,一般按停電、停水、儀表空氣事故、設(shè)備事故等工況進(jìn)行分析、組合,各種火炬氣排放系統(tǒng)必須滿足最大工況下事故排放量的需要,以保證排放暢通,不使排放系統(tǒng)出現(xiàn)憋壓現(xiàn)象,影響生產(chǎn)裝置的安全。按照國(guó)內(nèi)外規(guī)范及大型工程公司論證,最大火炬氣排放量可按以下幾種方法計(jì)算:(1)全部疊加(按事故工況涉及面考慮);(2)單一最大事故排放量+正常排放量;(3)單一最大事故排放量+30%可能同時(shí)發(fā)生事故量;(4)單一最大事故排放量×1.1安全系數(shù)。本工程按照第一種方法計(jì)算排放量,即全量放空,高壓放空量為63.1×102.2.5強(qiáng)度計(jì)算公式經(jīng)計(jì)算,高壓放空管線管徑為DN700,低壓放空管線管徑為DN200。強(qiáng)度計(jì)算公式采用《氣田集氣工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中推薦的強(qiáng)度計(jì)算公式:經(jīng)計(jì)算,DN700高壓管線壁厚為10,DN200低壓管線壁厚為5,考慮一定的余量,高低壓管線規(guī)格分別為:φ711×11、φ219×6。2.2.6結(jié)構(gòu)材料及結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)火炬塔架結(jié)構(gòu)方法采用先進(jìn)的有限元方法,計(jì)算結(jié)果精確可靠。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采取多項(xiàng)措施提高鋼結(jié)構(gòu)耐低溫脆斷破壞能力和結(jié)構(gòu)抗疲勞性能,結(jié)構(gòu)鋼材采用低溫Q345-E無縫鋼管和鋼板,節(jié)點(diǎn)板采用過渡弧構(gòu)造,設(shè)計(jì)滿足沙漠寒冷環(huán)境的特殊要求。3常規(guī)火炬放空量低,導(dǎo)致熱輻射和燃燒以放空量為63.1×10因此,音速火炬較之同樣放空量的常規(guī)火炬具有更優(yōu)越的性能、更大的處理能力、更好的無煙燃燒效果、更低的熱輻射以及更小的初期投資和低的運(yùn)行費(fèi)用。4應(yīng)用4.1音速火炬的環(huán)保意義長(zhǎng)慶氣田某處理廠高壓放空火炬均采用音速火炬,音速火炬管徑小、燃燒完全,公用消耗低,優(yōu)勢(shì)顯著,節(jié)約了投資成本和運(yùn)行費(fèi)用,有效保證了處理廠的正常生產(chǎn)和緊急放空的需要,減少了環(huán)境污染。4.2經(jīng)濟(jì)的社會(huì)效應(yīng)4.2.1放空系統(tǒng)的管線(1)如果是規(guī)模50×10(2)采用音速火炬,天然氣處理廠的整個(gè)放空系統(tǒng)的管徑均縮小,DN700管線比DN1000管線節(jié)省投資約40萬元(以處理廠1km放空總管計(jì)算)。(3)音速火炬不消耗蒸汽和氮?dú)?相應(yīng)每年節(jié)約投資約5萬元。4.2.2保證了天然氣處理廠的安全生產(chǎn)天然氣燃燒完全,減少了有害氣體的排放,降低了環(huán)境污染,減輕了天然氣處理廠的環(huán)保壓力,火焰穩(wěn)定,抵御大風(fēng)能力強(qiáng),且音速火炬操作彈性大,有效保障了某天然氣處理廠的安全生產(chǎn)。5安全閥優(yōu)化改造在長(zhǎng)慶氣田范圍內(nèi),蘇里格某天然氣處理廠首次應(yīng)用音速火炬,解決了以下關(guān)鍵技術(shù):(1)安全閥的選型:音速火炬由于高的排放壓力,導(dǎo)致放空管線安全閥的背壓升高,用于常規(guī)火炬的安全閥不再適用,因此安全閥重新計(jì)算選型。(2)縮減了處理廠整個(gè)放空管網(wǎng)尺寸:在天然氣處理廠管網(wǎng)設(shè)計(jì)中,由于涉及到轉(zhuǎn)向及上管架等問題,大管徑的管線走向布置問題是比較棘手的。采用音速火炬后,放空總管由DN1000變?yōu)镈N700,放空管徑變小,管線走向布置問題簡(jiǎn)單化。(3)音速火炬高度降低