2015年第21期廣東化工第42卷總第311期www.gdchem.com天然氣站場放空系統(tǒng)的計算張萌萌,朱友莊(中國石油集團工程設(shè)計有限責任公司新疆設(shè)計院天然氣所,新疆烏魯木齊83000摘要]站場放空系統(tǒng)由放空立管和放空點火部分組成,是天然氣站場的重要系統(tǒng)之一。放空系統(tǒng)主要作用發(fā)生意外、進出站的壓力超壓時進行放空,為減少對環(huán)境的危害需點火燃燒后排放。最大放空量的確定是準確計算放空系統(tǒng)的基。就內(nèi)計算方法,是以站場規(guī)模來確定最大放空量進行放空系統(tǒng)的計算。對于小型站場,計算誤差較小;但對于中、大型站場,則誤差較大,工程的可靠性和經(jīng)濟性。[關(guān)鍵詞]放空系統(tǒng);放空量;經(jīng)濟中圖分類號]TH[文獻標識碼]A[文章編號]107-1865(2015)21-0161-02The Calculation of Blowdown System to Natural Gas StationZhang Mengmeng, Zhu Youzhuang(Natural gas Department, Xinjiang Petroleum Investigation Design and Research Institute Co, Ltd, Urumqi 830000, China)Abstract: Blowdown System to Natural Gas Station composed of vent riser and emptying ignition part, is one of the important systems of gas station. Ventsystem main function is in and out of the station when the pressure of the overpressure to vent in maintenance and accident, Should be after ignition combustionemissions to reduce the harm to environment the determination of maximum emptying is the basis of accurate calculation emptying system. At present domesticcalculation method, Based on the station scale to determine the maximum emptying to do the blowdown systems calculation, For small yard, calculation error issmall: But for medium and large yard, the error is bigger, affect engineering reliability and economyKeywords: blowdown: system: emptying: economy巨放空系統(tǒng)是石油化工及煉油裝置不可缺少的配套設(shè)施P1—管道起點壓力kPa(絕),此處取背壓;也是裝置的最后一道安全屏障叫。該系統(tǒng)能及時處理生產(chǎn)裝置中P2管道終點壓力kPa(絕),排放至大氣時取1013kPa排放的多余、有害、不平衡的廢氣,并能處理試車、開停車時產(chǎn)L—管道計算長度,即直管長度與管件、閥件當量長度之和生的不合格氣體,以及事故時放出的瞬時放出的大量氣體,保證管線的泄壓保護,還可以節(jié)省工程建設(shè)費用,方便日后運營管理。水力摩擦系數(shù);本文通過 API RP521《 Recommeded Practice for Guide for操作條件下的氣體溫度KPressure- Relieving and Depressuring Systems》《泄壓和放空系統(tǒng)Q折算為標準狀態(tài)下的氣體體積流量(m3/h),即最大放空規(guī)范結(jié)合天然氣處理廠667標段放空系統(tǒng)實例對天然氣站場放空量;系統(tǒng)進行不同泄放量的放空計算,進行對比。并應(yīng)用 Aspen Flared放空管內(nèi)徑/cm;System Analyzer模擬軟件,對整個管網(wǎng)進行模擬,核算背壓?！鱌一管道壓力降/kPa(絕)1放空系統(tǒng)的計算Ra管內(nèi)壁絕對粗糙度/cm,無內(nèi)涂層新鋼管取0003cm;Re雷諾數(shù)。集輸系統(tǒng)放空主要包括火災(zāi)等情況下緊急泄壓放空、超壓情113計算步驟可能出現(xiàn)的放空量全面評估。使得放空系統(tǒng)能適應(yīng)其中最大放排放管網(wǎng)的壓降計算可按下列步驟進行:空量的要求。當容器或系統(tǒng)的所有出口被堵塞時,為了防止容(1)初定管網(wǎng)中各管段的管道內(nèi)徑D,各管段的當量長度L(將器或系統(tǒng)超壓,泄壓裝置的泄放量必須等于壓力源的來氣量管件引起的局部阻力當量成管道阻力)在這里,考慮的是在火災(zāi)情況下的緊急泄壓放空的計算(2)確定馬赫數(shù)。放空管管徑主要取決于放空立管的放空量和出口處允許的馬1.1場規(guī)模確定為最大放空量:口以667天然氣站場的總規(guī)模00×10Nmd確定為其最大放數(shù)偏高會導(dǎo)致放空噪聲過大。根據(jù)規(guī)范GB50183204規(guī)定,事空量1.1.1放空背壓確定故狀態(tài)下,出口處馬赫數(shù)不高于0.5馬赫。因此,在本次計算時背壓即放空時放空閥出口的壓力,安全閥開啟前泄壓總管的可以根據(jù)出口處馬赫數(shù)為05馬赫來計算。壓力與安全閥開啟后介質(zhì)流動所產(chǎn)生的流動阻力之和。根據(jù)GB(3)計算各管段壓力降50251-2003《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》第345條第1、2款規(guī)定火炬裝置出口處壓力為零,這樣,從火炬裝置出口處開始放空時,必須確保任一安全閥(普通彈簧安全閥)的背壓不大于該將下游管段的入口壓力作為上游管段的出口壓力,代入公式(1)安全閥定壓的10%逐管段從下游向上游進行計算。一直進行到泄放裝置處(安全閥)盡管由于泄放源的位置不同,考慮流動阻力及瞬時泄放,管(4)計算所得安全閥處的管道入口壓力即為安全閥實際所承后的泄放背壓,這是安全閥選型基礎(chǔ),在選定總管及支管管徑時受的背壓.將安全閥實際所承受的背壓與安全閥的最大允許背壓應(yīng)注意其壓力不能影響安全閥的正常泄放,因為系統(tǒng)背壓過高進行比較,要求安全閥實際所承受的背壓接近但不超過最大允許泄放裝置將無法起跳。一般的設(shè)計標準是氣體在總管網(wǎng)中的壓降背壓(絕壓)。安全閥的最大允許背壓決定于安全閥的型式,其值低于其上游壓力的10%般由安全閥制造廠提供。對于普通彈簧式安全閥,最大允許背1.1.2管道的壓降計算壓(表壓)一般取其整定壓力(表壓)的10%;對于背壓平衡式安全根據(jù)SH3009-2005《石油化工企業(yè)燃料氣系統(tǒng)和可燃性氣體(表壓)的40%閥(例如波紋管式安全閥)最大允許背壓(表壓)般取其整定壓力排放系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》附錄A推薦公式:(1)當管網(wǎng)壓力小于或等于500kPa(絕)時(5)若計算出的P1和P2不能滿足第(4)步驟中的要求,則需重新設(shè)定各管段管道內(nèi)徑,重復(fù)上述各步,直至滿足為止該指出,在設(shè)定各管段管道內(nèi)徑時,有一個經(jīng)濟權(quán)衡問題(2)水力摩擦系數(shù)計算公式:般地,對于在計算時,對中國煤化工提出多種可行方案,從中選出投資CNMH(空背壓式中:667站場A包及放空系統(tǒng)管網(wǎng)模型如圖1所示。A為火炬裝[收稿日期]2015-09-10[作者簡介張萌萌(199-),女,新疆人,大學本科,助理工程師,主要研究方向為天然氣集輸與處理。東化工2015年第21期162www.gdchem.com第42卷總第3l1期置,該系統(tǒng)有4個泄放點,分別為C、D、E、F,各泄放點泄放1.21放空量的確定裝置的泄放量和其它泄放條件見表1。管網(wǎng)各管段的長度與初定l)確定設(shè)計壓力高于690kPa的設(shè)備及站場管線總?cè)莘e。管道內(nèi)徑及其它泄放條件見表2。(2)計算在15min內(nèi)將壓力降至690kPa時,站場總?cè)莘e的泄放量即為最大放空量。如下表。BA表4API521最大放空量核算Tab. 4 The calculation of maximuAPI521最大放空量核算Package A總泄放量圖1667站場放空系統(tǒng)管網(wǎng)模型(10m3h)Fig. I Pipeline model of Blowdown System to Natural Gas Station總?cè)莘em3設(shè)備36976293.47管線Q放(m3h2)123733.49383724表1各泄放點的泄放條件harge conditions of each discharge po泄放量起跳壓泄放溫最大允許泄放點×10°m3d力PMPa度T℃背壓PPa核算,667天然氣處理站在15分鐘內(nèi)將壓力降至690kPa時的泄放量為162×104Nm/h(388104Nm3。以此確定為最大C放空量用同樣的方法對667站場放空系統(tǒng)放空總管徑,分液罐,0.87火炬進行計算。E8.7430872計算結(jié)果對比對于不同泄放量情況下的667站場放空系統(tǒng)的計算結(jié)果對比如表5。表2各管段的泄放條件Tab 2 Discharge conditions of each sectio表5計算結(jié)果對比管網(wǎng)管段初定內(nèi)徑Dmm管道長度L/mTab. 5 Com700×6.5計算結(jié)果對比最大放空量(10Nm3d)388.8JI髙壓放空管線管徑/mm3臥式分液罐直徑/m32IH500×6進出口管距離/m150×2.5火炬筒出口直徑/m4放空火炬火炬高度/m150×2.5投資估算萬元37003391.7以AJ管段為例,馬赫數(shù)取05得出結(jié)論:q=700×10′m3d;以站場規(guī)模確定的最大放空量的值相對于API521規(guī)范核算d=700-6.5×2=68.7cm值偏大。從而造成工程投資估算的增大(約300萬元)P2=0.1MPa;3利用 Flarenet建立火炬設(shè)計模型31 Flarenet軟件參數(shù)設(shè)置T=3165KFlarenet軟件需要對各泄放閥進行參數(shù)設(shè)置,如圖2。L=0.5 km代入公式(1)計算出P1=011MPa(絕照此,對各管段進行計算,計算結(jié)果列入表3。表3各泄放點最大允許背壓與計算所得管段入口壓力之比較Tab.3 A comparison of the each discharge point maximumallowable back pressure and the income section inlet pressure whichas c力P|MP表)泄放點計算入口壓最大允許背泄放點計算入口壓力PMP表)壓 Pb/MPaALK0340.735023tea Area Per ValveE0.320.998圖2 Flarenet參數(shù)設(shè)置Fig 2 Fiarenet preferences由表(3)數(shù)據(jù)可知,計算得出的各泄放點的管段入口壓力P1從圖2中可以看出均小于最大允許背壓P,說明在給定泄放的工況下,該火炬排放工作壓力MAWP),泄個泄壓閥需要知道的量有:最大管網(wǎng)管徑和系統(tǒng)阻力降能滿足裝置運行的要求。進口溫度,泄壓閥的出口溫度,流故設(shè)定總管管徑符合管道壓力降及背壓要求。得放空總管徑體的質(zhì)量流率,流體的率。其中,流體的額定流率是其質(zhì)為:DN700。量流率的121.2API521規(guī)范確定最大放空量建立farvL中國煤化工按照《 Guide for Pressure- Relieving and Depressuring Systems》CNMHG(下轉(zhuǎn)第156頁)API521,如在火災(zāi)情況下,為了保證處理輕烴的壓力容器等設(shè)施安全,一般要求在15分鐘內(nèi)將壓力降至690kPa或容器設(shè)計壓力的50%取其中較低的壓力)。廣東化工2015年第21期www.gdchem.com第42卷總第311期MI=M:COS(12)aMO-MI-COS(12)aBqM0-M- COs(1/2)在保證卷曲機的卷曲輥二級減速傳動的減速比以及傳動扭矩不變因為(1/2)a永遠為銳角,因此a越大,萬向聯(lián)軸節(jié)所承受的扭的前提下,采購兩臺1入2出的減速機,配備相應(yīng)的靠背輪、聯(lián)矩就越大,同時傳動箱的輸出扭矩就越大,它們的損壞率就提高,軸節(jié),并對相應(yīng)的設(shè)備基礎(chǔ)和電機位置進行改動,達到減小萬向使用壽命就降低,并且容易造成卷曲運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定,使得卷曲輥軸聯(lián)軸節(jié)張開角度、平穩(wěn)傳動的目的。承的使用壽命縮短新采購的1入2出減速機兩個輸出軸的中心距為263mm,在通過上述的分析可知:張開角度a加大是造成卷曲機萬向聯(lián)卷曲輥與減速機靠背輪距離不變的情況下,計算萬向聯(lián)軸節(jié)的張軸節(jié)損壞頻率增高,卷曲機運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的主要原因開角度a3如下(300+0.10)+2-263÷2=18.55mm把弧度換算成角度為:00784×180x20831°樣可以得出萬向聯(lián)軸節(jié)的張開角度a3=2.0831×2=4.1662°通過計算可以看出,改造之后萬向聯(lián)軸節(jié)的張開角度a3比改造之前的張開角度a2減小了482°,a的減小,同時,改造后的減圖4卷曲輥轉(zhuǎn)動扭矩與萬向聯(lián)軸節(jié)的傳動扭矩的關(guān)系速器減速比:4:1;最大輸出扭矩:6680Nm;傳動軸的水平度:Fig 4 Curl roller rotation torque relationship with a universal<0.2mm;輸入轉(zhuǎn)速為:1452-145.3r/min;輸出轉(zhuǎn)速為:363.3~3663 r/min3短絲裝置( BALTIC520卷曲機傳動系統(tǒng)技4改造之后的運行效果4.1改造前后減速機運行檢測數(shù)據(jù)值對比術(shù)改進設(shè)想及實施方案造前:A、B線卷曲機運行檢測數(shù)據(jù):傳動箱的振動在31卷曲機傳動系統(tǒng)技術(shù)改進設(shè)想l.1-14mms之間,油溫4449度之間,電流118-120A之間。通過上述分析計算可以得出,原設(shè)計萬向聯(lián)軸節(jié)的張開角度改造后:A、B線卷曲機運行傳動箱檢測數(shù)據(jù)如下:增加是造成卷曲機運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的根源,只有減小張開角度a才能A線卷曲機振動:0.8mm/s油溫:51度電流解決這個問題。減小萬向聯(lián)軸節(jié)的張開角度有三種實施方案101.6-103.0A(1)增加萬向聯(lián)軸節(jié)的長度也就是增加傳動箱與卷曲輥的距離B線卷曲機振動:0.8mms油溫:52度電流:966982A(2)減小卷曲輥的外徑通過上述改造前后檢測數(shù)據(jù)對比,可以看出振動以及驅(qū)動電3)減小減速箱輸出軸的中心距機的電流均明顯減小種方案不是從根源解決問題,并且萬向聯(lián)軸節(jié)加長高速42改造之后的運行效果運轉(zhuǎn)時增加了自身的不穩(wěn)定,同時萬向聯(lián)軸節(jié)加長,緊接著的傳改造后卷取機運轉(zhuǎn)率得到了極大的提高,減少廢絲的產(chǎn)生提高了短絲的產(chǎn)量,并且減少了設(shè)備檢修費用以及備件消耗費用。卷曲輻的外徑,也就意味著降低生產(chǎn)能力,更不可能實施。只有確保了卷曲機設(shè)備安全、長周期穩(wěn)定運行。同時也降低了操作人第三種方案才能從根本解決問題,因此經(jīng)技術(shù)論證和現(xiàn)場測試決定對其進行減小減速箱輸出軸的中心距技術(shù)改造。5結(jié)論3.2卷曲機傳動系統(tǒng)技術(shù)改進實施方案針對短絲裝置后加工卷曲機的現(xiàn)狀,從減小萬向聯(lián)軸節(jié)張開大,萬向聯(lián)軸節(jié)損壞頻率增高,卷曲機運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的問題,同時角度入手,減少由于萬向聯(lián)軸節(jié)傳動的不平衡量,從而減少卷曲輥軸承、傳動箱輸出軸軸承甚至減速機以及電機的輸入輸出軸軸考慮到萬向聯(lián)軸節(jié)在運轉(zhuǎn)過程中應(yīng)該存在一個張開角度,以保證承的徑向振動,達到減小卷曲機運轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定因素,提高設(shè)備運卷曲輥運轉(zhuǎn)中存在一個向下的拉力,防止卷曲輥高速運轉(zhuǎn)產(chǎn)生向轉(zhuǎn)率,減小設(shè)備維修費和備件損失費,節(jié)約了成本,確保了卷曲外的離心力,減小了卷曲輥對絲束的夾持力,導(dǎo)致絲束夾持不住,機設(shè)備安全、長周期穩(wěn)定運行。同時也降低了操作人員的勞動強產(chǎn)生抱輥。也為了減少卷曲機在更換減速機或者傳動箱甚至電機作的過程中膜片聯(lián)軸節(jié)找水平等工作的復(fù)雜程度,決定將原度級減速傳動在減速比以及傳動扭矩不變的前提下改為減小減速箱輸出軸的中心距一級減速傳動技術(shù)改造。具體實施方案如下:(本文文獻格式:梁春喜.短絲裝置( BALTIC520)卷曲機傳動系統(tǒng)設(shè)計缺陷原因分析及改進[J.廣東化工,2015,42(21):155-156)對現(xiàn)有的短絲后加工A、B兩條生產(chǎn)線卷曲機傳動進行改造,(上接第162頁)進行核算。MABP核算結(jié)果如圖4。得已手算背壓(011MPa)均小3.2背壓核算于MABP(最大允許背壓)值,符合放空系統(tǒng)背壓要求將已手算放空管徑,分液罐,火炬選型輸入 Flarenet模型,圖3 Flarenet模型搭建圖4MABP核算結(jié)果Fig 3 Flarenet modelFig 4 MABP resuits結(jié)論[2]余洋,天然氣站場放空系統(tǒng)有關(guān)標準的解讀及應(yīng)用[J中國石油集團工(1)以站場規(guī)模確定的最大放空量的值相對于API521規(guī)范的程設(shè)計有限責任公司西南分公司,2011核算值偏大。3]姚青.放空火炬系統(tǒng)的安全設(shè)計叮上?；ぴO(shè)計院,2000含RAP521計算66放空管徑為DN50相比于目前67放章慶東放空火炬系統(tǒng)的計算與安全因素中國石化集團江漢石油管理局勘察設(shè)計DN600(考慮一定余量)更為經(jīng)濟。(3)根據(jù) API RP521規(guī)范對站場放空量的核算更為經(jīng)濟。[5]嚴銳鋒.天中國煤化工用.長安石油大學,2012CNMHG參考文獻(本文文獻格式:張萌萌,朱友莊.天然氣站場放空系統(tǒng)的計算[]趙立丹.天然氣長輸管道站場放空系統(tǒng)計算大慶油田設(shè)計院,201l.[J].廣東化工,2015,42(21):161-162