后建筑設(shè)計(jì)第5卷第7期CONSTRUCTION2015年3月天然氣火炬系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺析張欣彭立劉佳中國(guó)石油工程建設(shè)公司北京市100101摘要:本文以一個(gè)天然氣壓氣站為例,對(duì)天然氣火炬系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹,火炬尺寸計(jì)算按照API-521規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì),通過(guò)泄放計(jì)算確定了放空量;通過(guò)計(jì)算馬赫敫確定了火炬筒體直徑;通過(guò)熱輻射值的計(jì)算確定了火炬筒體高度和火炬輻射聿徑關(guān)鍵詞:火炬;放空;熱輻射值;筒體高度計(jì)算中圖分類(lèi)號(hào):S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A為保障天然氣集輸管網(wǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)行,各集輸站場(chǎng)均設(shè)置p一放空氣體操作工況下密度,kgm2了放空立管,泄放超高限的壓力,排放運(yùn)行作業(yè)中的廢氣或?qū)峵一放空時(shí)間現(xiàn)緊急狀態(tài)下的事故放空。放空天然氣是一種嚴(yán)重的污染源根據(jù) APISTD521對(duì)站場(chǎng)放空管筒體直徑、高度計(jì)熱輻射距而且其主要組分甲烷對(duì)遠(yuǎn)紅外輻射的吸收比二氧化碳更強(qiáng)烈,離進(jìn)行計(jì)算因而具有更強(qiáng)的溫室效應(yīng)。一般情況下均應(yīng)點(diǎn)火,通過(guò)燃燒,ZT o5Ma=3.23×10-3x使這種可燃、有毒、腐蝕性氣體危害變小,同時(shí)燃燒釋放的熱能也將加速排放氣體在大氣中擴(kuò)散。設(shè)計(jì)合理的放空立管能保式中Ma馬赫數(shù);火炬燃燒效率、熱輻射、噪聲和氣體擴(kuò)散等完全滿(mǎn)足環(huán)境保W一放空氣體質(zhì)量流量,kgh護(hù)有關(guān)要求,有效減輕污染和其它公害,改善環(huán)境質(zhì)量,使工P2放空管出口處排放氣體壓力,kPaA程設(shè)計(jì)的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益相統(tǒng)本文以一個(gè)壓氣站的放空計(jì)算為例對(duì)火炬系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了T一放空氣體溫度,K;M一放空氣體分子量1.站場(chǎng)放空系統(tǒng)描述d一放空管直徑,m。通常,站場(chǎng)放空分為正常放空和緊急放空,設(shè)備檢修、壓2.1設(shè)計(jì)輸入條件縮機(jī)組啟停時(shí),放空量較小、放空時(shí)間較短,可以直接放空221氣質(zhì)組分及輸送條件氣站發(fā)生事故或干線(xiàn)事故放空屬于緊急放空,此時(shí)需考慮閥氣質(zhì)組分如表22-1所示門(mén)關(guān)閉后,管道內(nèi)氣體的放空,這種放空量很大,放空操作時(shí)表22-1氣質(zhì)組分需要調(diào)節(jié)放空閥的開(kāi)度或開(kāi)啟速度來(lái)調(diào)節(jié)放空時(shí)間和放空量,組分體積含量%以減少放空時(shí)的氣體流速、降低噪音。N,(Nitrogen壓氣站的壓縮機(jī)組自帶ESD停車(chē)系統(tǒng),當(dāng)機(jī)組故障時(shí)(如高溫報(bào)警,高、低壓報(bào)警,機(jī)組振動(dòng)等),機(jī)組ESD系統(tǒng)啟動(dòng),組停機(jī),并對(duì)機(jī)組進(jìn)行放空。H2S( Hydrogen Sulphide壓氣站進(jìn)、出站管線(xiàn)上設(shè)有緊急截?cái)嘞到y(tǒng)(ESD,該系統(tǒng)包括緊急切斷閥和緊急放空閥,當(dāng)站內(nèi)事故時(shí)(如火災(zāi)、C2( Ethane地震等),緊急截?cái)嚅y立即自動(dòng)關(guān)斷,將干線(xiàn)來(lái)氣管線(xiàn)和站場(chǎng)C3( Propane隔開(kāi)。同時(shí)進(jìn)出站放空管線(xiàn)上的緊急放空閥自動(dòng)打開(kāi),放空i-C4( i-Butane管內(nèi)天然氣本項(xiàng)目站內(nèi)的放空采用的是帶點(diǎn)火裝置的放空管n-C4( n-Butane0.212站場(chǎng)放空計(jì)算根據(jù) APISTD521規(guī)定,確定緊急放空系統(tǒng)的尺寸,一般情0.0l況下要求約在15min,設(shè)備內(nèi)壓力從最初的壓力降到設(shè)計(jì)壓力氣體的輸送條件如表22-2所示的50%或者690kPa(取小值)表22-2氣體輸送條件放空系統(tǒng)泄放量按照放空管的最大排放量確定,氣體質(zhì)量輸送流量Sm33×10流率根據(jù)站內(nèi)需要放空天然氣的管容計(jì)算,計(jì)算公式如下起始端輸送溫度℃W=×(D-282xLxρ進(jìn)站壓力MPa出站壓力要求MPa式中W一放空氣體質(zhì)量流量,kg/hD—一放空管外徑,m進(jìn)/出站管線(xiàn)尺寸δ一放空管壁厚222管道設(shè)計(jì)參數(shù)L一兩個(gè)截?cái)嚅y之間的長(zhǎng)度,m;管道設(shè)計(jì)參數(shù)如表22-3所示第5卷第7期建筑設(shè)計(jì)2015年3月CONSTRUCTIONI表22-3管道設(shè)計(jì)參數(shù)管道連續(xù)輸送時(shí)間h0.5=323×X10-5×4500/08474×313058400110Xd2管壁粗糙度mm0.01d=0.1m設(shè)計(jì)系數(shù)火焰釋放總熱量計(jì)算公式如下(簡(jiǎn)化法):管線(xiàn)設(shè)計(jì)壓力MPa4500kg/h×51360k/kgQ3600s=64200kW管線(xiàn)設(shè)計(jì)溫度℃根據(jù)Q值,查圖3.2-1得火焰長(zhǎng)度L=20m3.火炬計(jì)算結(jié)果3.1計(jì)算輸入?yún)?shù)和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3.1-1:表31-1放空計(jì)算表進(jìn)站管出站管壓縮機(jī)線(xiàn)放空線(xiàn)放空組放空計(jì)算輸入?yún)?shù):排放氣體壓力,MPa6.79.819.81排放氣體溫度,℃C20-40天然氣實(shí)際密度p,kg/m364.0582927151天然氣排放口處密度,kgmn3043307607688圖32-1火焰長(zhǎng)度一熱量圖0.61風(fēng)會(huì)使火焰傾斜,并改變火焰中心位置。風(fēng)對(duì)火焰在水平管壁厚8,m001440002402和垂直方向上偏移的影響可根據(jù)火焰筒頂部風(fēng)速(u)與火炬截?cái)嚅y間的距離L,m筒體出口氣速(u)之比確定放空時(shí)間t,hr025W1.25放空時(shí)間t,sqap p 0.8433平均分子量M18.681885m/Mach--馬赫數(shù)放空管出口處排放氣體壓力PkPA101010操作條件下的排放氣體溫度T,K=18520235壓縮因子Z0.84740.874208304根據(jù)計(jì)算結(jié)果,查圖32.2可得圖及A高位熱值,kJ/kg=0.91∑△x=182計(jì)算結(jié)果站內(nèi)管容排放氣體的質(zhì)量流量w,kgh|450084233632排放氣體的質(zhì)量流量W,kgs1.25234101排放氣體的體積流量qm,m1.31放空管計(jì)算直徑d,m0.0390102放空管取值直徑d,m火焰釋放總量Q,AW642012068587火焰長(zhǎng)度放空管簡(jiǎn)體出口氣速…,m74.2結(jié)果0.23550.23910.5984(∑△x/L)/(∑△yL)0.91/0.28092027|0∑Δx/ΣΔy,m182/5.632.2/94518.052:5圖32-2由側(cè)向風(fēng)引氣的火焰大致變形火焰中心到受熱點(diǎn)距離D,m14.7圖3.2-3描述了放空管高度計(jì)算思路,放空管筒體高度計(jì)驗(yàn)證T是否≤1算如下放空管筒體高度h,m11.9D=√FQ/4K3.2計(jì)算結(jié)果舉例式中D—火焰中心到受熱點(diǎn)的距離,m;表3.1-1所示為放空管的計(jì)算結(jié)果,以進(jìn)站放空放空管線(xiàn)Q火焰釋放總熱量,kW為例計(jì)算如下F—輻射率,可根據(jù)排放氣體的主要成分按表32-2取值100×64.05本項(xiàng)目F取值為0.2W=×(0.508-2×0.01748)20.25K一允許的輻射熱強(qiáng)度,如表3.2-3所示,本項(xiàng)目取值為后建筑設(shè)計(jì)第5卷第7期CONSTRUCTION2015年3月4.73kW/m;輻射系數(shù),該系數(shù)與火焰中心至受熱點(diǎn)的距離及大氣相對(duì)濕度、火焰亮度等因素有關(guān),當(dāng)上述距離為30-150m時(shí),可按下式計(jì)算輻射系數(shù)(r取80%,計(jì)算D時(shí),T先取1)1/26/30.51/16表32-2來(lái)自氣體擴(kuò)散火焰的熱輻射燃燒器直徑(mm)5.19.11941203406H12100950.0910097010.540.169輻射率F0.280.299輻射熱/總0.10310.1160.160.16110.147熱量天然氣0.1920.232(CH4,95%表32-3達(dá)到痛感需要的暴露時(shí)間輻射強(qiáng)度kW/m2痛感時(shí)間s圖32-3確定放空管筒體高度的參照?qǐng)D3.3地面熱輻射值核算2.33距離火炬筒體處30m半徑處的地面熱輻射值得計(jì)算結(jié)果如2.90下4.73K4丌D29642K=1×0.3×642004×314×(152+302)=136kW/4.結(jié)論本文通過(guò)一個(gè)壓氣站火炬放空計(jì)算為例,對(duì)天然氣火炬放根據(jù)上述公式介紹放空管筒體高度計(jì)算如下空進(jìn)行了設(shè)計(jì),確定了放空管線(xiàn)尺寸、火炬直徑及筒體高度D=√1×0.2×64200/4×314×473=147m火炬熱敷設(shè)半徑等參數(shù)h'=h+0.5∑y=h+05×56參考文獻(xiàn)r=r-0.5∑Ax=r-0.5×1821天然氣集輸站場(chǎng)放空立管設(shè)計(jì).葉學(xué)禮.天然氣工h"2+r2=D2,(取0m),則h2≈D業(yè).1995h=147-28=119m2.天然氣放空系統(tǒng)火炬研究.肖雙斌.工程碩士學(xué)位論文.文章被我刊收錄,以上為全文此文章編碼:2015M2669