天然氣凈化廠火炬及放空系統(tǒng)設計

天然氣凈化廠火炬及放空系統(tǒng)設計

0凈化廠的火炬過去，火炬被認為是一種燃燒和污染安全的裝置。燃燒氣體的主要是凈化廠產(chǎn)生的殘余或無用氣體。如今凈化廠的高低壓火炬主要作用是保證凈化廠的安全生產(chǎn),減少凈化廠對環(huán)境的污染。合理的火炬及放空系統(tǒng)的設計應注意以下幾點。1火炬的直徑和熱輻射火炬設計人需要知道放空氣數(shù)量及性質(zhì),包括流率、溫度、壓力和化學成分。如果要設計成無煙火炬,必須有相應的法規(guī)要求或是甲方批準,因為無煙火炬的價格昂貴。比起事故放空,在凈化廠正常操作時火炬的放空量是很小的,僅為取樣放空,沒有必要設消煙設施。實際上以前的多數(shù)凈化廠火炬設計均未考慮消煙。下面介紹設計火炬時重要的參數(shù):.放空壓力-決定火炬筒體直徑的重要參數(shù)。.火炬的類型。.火炬頭的材質(zhì)——通常是310不銹鋼。確定材質(zhì)要根據(jù)火炬運用及甲方的要求:是全部用不銹鋼還是一半用不銹鋼或是三分之一用不銹鋼。.地面熱輻射值——保護操作人員和設備,防止設備發(fā)生故障。地面熱輻射值影響筒體高度;越低的熱輻射值要求,火炬的筒體就越高。地面熱輻射值要求在1.58～15.77kW/m.熱密度傳播比值也叫作熱輻射率,是決定火炬筒體高度的另一個重要因素。輻射率由放空氣的組成決定。放空氣中的碳氫的比值越大,輻射率越大。在很多時候,我們無法得到確切的熱輻射率,那么保守計算時可以取熱輻射率為0.25。.放空氣出口的速率也影響火炬的高度。放空氣出口速率越高,火炬筒體就越低。放空氣出口的速率不能太高,否則火炬可能熄滅。早期的火炬馬赫數(shù)別限制在0.2。現(xiàn)在放空氣速率的馬赫數(shù)在0.2～1.0。如果沒有特殊的速率要求,馬赫數(shù)一般為0.3～0.5。.風速影響火炬筒體的高度和熱輻射區(qū)域——火焰熱影響地區(qū),故應根據(jù)當?shù)氐臍庀髼l件,取合理的風速。.支撐類型——拉繩式、自支承式和塔架式,應該詳細說明。表1列出了買方和賣方需要詳細提供的數(shù)據(jù)2高壓放空分離器放空管系統(tǒng)包括支管、匯管及分離器。多條放空管線系統(tǒng)的設計可能有明顯的優(yōu)勢,對那些需要處理后才能放空的物流更是必不可少。選擇的設計方案應該是盡可能少的分離器滿足所有可預見的情況下的安全操作。例如長北氣田開發(fā)項目CPF、井叢配套工程火炬及放空系統(tǒng)的高壓部分就是采用兩個系統(tǒng)高壓放空管線而共用一個高壓放空分離器。系統(tǒng)的設計并不是孤立的,全廠應該統(tǒng)一規(guī)劃。在某些情況下,火炬筒體和火炬頭是可以共用的。例如同福場鐵廠溝天然氣凈化廠工程火炬及放空系統(tǒng),由于本凈化廠處理量只有40×10當考慮一個高低壓處理系統(tǒng)的技術要求時,有必要考慮在系統(tǒng)中泄壓閥泄壓情況。如果有大量的高壓源且有大量的高壓氣體而有相對少的低壓源,那么一般建一套高壓系統(tǒng)和一套低壓放空系統(tǒng)更加經(jīng)濟。設計人員需要確定最合理的火炬放空系統(tǒng)的數(shù)量,以及每個泄壓設備中的氣體應排向哪個放空系統(tǒng)。3其他無熱負荷為了確定主要放空管的最大負荷,要求設計人員仔細考慮可能發(fā)生的情況:這種情況可能導致多個設備或系統(tǒng)同時放空。任何情況下最大負荷都沒有必要考慮為最大的質(zhì)量流率,但是流速影響最大壓降。因此,設計人員必須知道放空氣的壓力和分子量。因為兩個或更多不相聯(lián)系的意外事故同時發(fā)生的可能性很小,所以不相聯(lián)系的意外事故同時發(fā)生時的放空量不作為決定最大放空負荷的因素。例如:一般沒有必要假定在火災情況下發(fā)生工藝系統(tǒng)出口堵塞。然而,在某些工藝設備布置中,起火可能會造成局部電線或儀表空氣管線破壞從而導致閥門關閉,進而致使工藝系統(tǒng)堵塞。因此,應該對每個偶然事故可能引起的后果進行檢查。每個設備都有一個最大的泄放負荷,各個設備都不同。一般情況下,泄放負荷包括以下一點或幾點.在停電情況下或意外情況所有設備的泄放頻率;.部分設備失效時的影響;.如果一個誤操作發(fā)生時的最大泄放量;.緊急泄壓時的最大泄放量;.火災時的最大泄放量。設計火炬及放空系統(tǒng)的首要要求是確定處理量。若此系統(tǒng)只服務于單個壓力泄放閥或減壓閥,那么該系統(tǒng)的設計基數(shù)通常與壓力泄放閥的最大流量相一致。若處理系統(tǒng)服務于多個壓力泄放閥或者其他單元泄放量的50%而不是一個更大減壓閥,那么就可以計算可能影響任何壓力泄放閥或減壓閥的所有偶然事故情況下的負荷。這就意味著與處理系統(tǒng)相連的每個壓力泄放閥在每一個有關的偶然事故情況下,均可計算出流量、溫度和流體參數(shù)。如果一個放空系統(tǒng)用于多個壓力泄放閥或減壓閥放空,那么設計人員應確定每個釋放源的幾何位置。還應該研究排放源進入一個或多個放空管線的的組合情況。根據(jù)設定的放空管線規(guī)劃布置即可確定每段放空管線的負荷。最大負荷并不一定是最大排放量。最大負荷是流經(jīng)整個處理系統(tǒng)時產(chǎn)生的最大壓力損失流量。例如在溫度為149℃、分子量為19、流量為12.6kg/s的氣體流經(jīng)系統(tǒng)時會產(chǎn)生較大的壓降,且比溫度為38℃、分子量為44、流量為18.9kg/s的氣體所產(chǎn)生的壓力損失要大。確定了處理系統(tǒng)所要處理的負荷后,應確定在每個偶然事故情況下、每個壓力泄放閥的最大允許背壓。允許背壓和以下因素有關:當壓力釋放閥的設定壓力低于被保護設備的最大允許工作壓力時,背壓增值可以允許超過正常的限制范圍。然而,最大允許背壓受到API526的限制。在單個偶然事故影響若干個壓力泄放閥時,泄放的同步性及其持續(xù)時間是決定組合負荷的非常重要的因素。如果涉及釋放量很大的閥門,那么需要估計放空系統(tǒng)負荷的時間范圍,這可能需要計算偶然事故開始發(fā)生至每一個壓力泄放閥打開的滯后時間,并考慮儲存量減少和組分變化對釋放量的影響,以及設備壓力增加對供給工藝系統(tǒng)的物料和能量的影響。操作人員的介入能力和時間可以作為減少放空系統(tǒng)負荷的一種方法考慮。DEP中規(guī)定一般的泄放系統(tǒng)的設計都是參照上一級過程單元泄放流率來設計,由于相鄰單元出問題或停電,每個單元依次泄放,那么泄放量就應該是本單元100%的泄