海上平臺(tái)放空火炬熱輻射安全距離研究

海上平臺(tái)放空火炬熱輻射安全距離研究

原油井的測(cè)試和生產(chǎn)過(guò)程通常通過(guò)通風(fēng)和冷卻來(lái)燃燒天然氣，以防止天然氣直接排放到空氣中影響環(huán)境。1火焰釋放系數(shù)的計(jì)算熱輻射強(qiáng)度取決于火焰溫度、火焰中各種物質(zhì)的濃度、火焰與目標(biāo)物的相對(duì)位置,以及空間性質(zhì)等多重因素。工程計(jì)算通常采用公式(1)來(lái)確定火焰的熱輻射強(qiáng)度分布其中Q=H式中:K——熱輻射強(qiáng)度,kW/mτ——大氣傳送系數(shù);Q——火焰釋放的總熱量,kW;G——排放氣的質(zhì)量流量,kg/s;H國(guó)外熱輻射強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)(表1)從火焰的性質(zhì)、煙霧、輻射、噪聲和污染等方面考慮,界定了安全生產(chǎn)所需的不同情況下的安全熱輻射強(qiáng)度2熱輻射安全半徑計(jì)算國(guó)內(nèi)陸地高架放空火炬的熱輻射分析通常采用GB50183—2004《原油和天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中的方法,即結(jié)合火炬高度、排氣量等已知條件,求得火焰長(zhǎng)度以及風(fēng)導(dǎo)致的火焰偏移量;根據(jù)不同等級(jí)的安全熱輻射強(qiáng)度(表1),計(jì)算出不同等級(jí)的安全熱輻射半徑,進(jìn)而根據(jù)各參數(shù)間的幾何關(guān)系,得到不同等級(jí)的熱輻射安全距離在以燃燒臂頂端為原點(diǎn),正北方向?yàn)閥軸正方向的球坐標(biāo)系中,將燃燒臂、火焰、風(fēng)均視為空間坐標(biāo)系中的矢量。假設(shè)燃燒臂長(zhǎng)度為L(zhǎng),燃燒臂與水平面(平臺(tái)面)的夾角為γ,燃燒臂在水平面內(nèi)的投影與正北方向的夾角為θ,火焰長(zhǎng)度l,那么無(wú)風(fēng)條件下,火焰尖端、火焰中心、燃燒臂底端的空間坐標(biāo)如圖1所示。在有風(fēng)條件下,假設(shè)風(fēng)為水平面內(nèi)的矢量,矢量長(zhǎng)度為l平臺(tái)不同位置的人和設(shè)備所需的到燃燒臂的安全距離不同,將空間上熱輻射區(qū)域分別沿z軸、x軸、y軸進(jìn)行投影,在水平投影面、南北投影面、東西投影面內(nèi)進(jìn)行熱輻射分析,以1.60kW/m2.1燃燒臂位置的影響沿z軸進(jìn)行投影,得到放空火炬在風(fēng)作用下的熱輻射強(qiáng)度分布在水平面內(nèi)的投影(圖2)。根據(jù)圖2的平面幾何關(guān)系以及余弦定理等,推導(dǎo)輻射強(qiáng)度1.60kW/m式中:L′——火炬臂在投影面內(nèi)的投影長(zhǎng)度,m;β——投影面內(nèi)風(fēng)影響后的火焰方向與原火焰方向的夾角;x′——投影面內(nèi)風(fēng)影響后的火焰中心在燃燒臂的垂直方向上與燃燒臂頂端的距離,m;y′——投影面內(nèi)風(fēng)影響后的火焰中心在燃燒臂方向上與燃燒臂頂端的距離,m。由于海上平臺(tái)放空火炬通常順風(fēng)布置,因此β為銳角。2.2不同布的布沿x軸進(jìn)行投影,得到南北投影面內(nèi)的熱輻射分布(圖3)。由圖3可知,平臺(tái)邊緣線與熱輻射圓的交點(diǎn)到燃燒臂底端的最大距離即為南北投影面內(nèi)的最大熱輻射安全距離R最小熱輻射安全距離r2.3射安全距離r沿y軸進(jìn)行投影,得到東西投影面內(nèi)的熱輻射分布(圖4)。東西投影面內(nèi),最大熱輻射安全距離R最小熱輻射安全距離r公式(7)~公式(22)的各坐標(biāo)符號(hào)說(shuō)明見(jiàn)表2。根據(jù)以上分析,同時(shí)結(jié)合投影原理可知:若平臺(tái)上某點(diǎn)在三個(gè)面的投影均位于對(duì)應(yīng)的熱輻射圓內(nèi),那么該點(diǎn)所在的空間位置一定在以火焰中心為球心的球形輻射區(qū)域內(nèi);反之,該點(diǎn)不受熱輻射影響。因此,空間坐標(biāo)內(nèi)平臺(tái)上的人員和設(shè)備與燃燒臂的最大熱輻射安全距離R為3熱輻射強(qiáng)度對(duì)比基于HYSY923平臺(tái)上的放空火炬系統(tǒng),其燃燒臂長(zhǎng)度為24m,噴淋水幕左側(cè)覆蓋范圍為30m,右側(cè)覆蓋范圍為10m,噴淋水幕的熱輻射傳導(dǎo)效率為0.25(即經(jīng)過(guò)噴淋水幕熱輻射值將變?yōu)樵瓉?lái)的0.25)。在天然氣放空產(chǎn)量為80×10由圖5、圖6及表3可知:自編程序與Flaresim軟件所得的熱輻射強(qiáng)度大體上一致;在近似相同的熱輻射強(qiáng)度條件下,二者所得的熱輻射半徑基本相同,平均相對(duì)誤差為3.64%。同時(shí),自編程序模塊作為“海上油氣井測(cè)試決策系統(tǒng)”軟件的一部分,先后用于陵水a(chǎn)井、松濤b井的測(cè)試。松濤b井的最大設(shè)計(jì)測(cè)試氣量為40×10由表4可知,熱輻射強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)的平均相對(duì)誤差為5.42%;因此,自編程序模塊用于海上油氣井熱輻射分析具有較高可靠度,對(duì)平臺(tái)放空火炬系統(tǒng)的布置和熱輻射防護(hù)措施的采取有指導(dǎo)意義。4放空火炬熱輻射分析方法的應(yīng)用(1)海上平臺(tái)放空火炬熱輻射分析方法針對(duì)海上平臺(tái)放空火炬的特點(diǎn),考慮了燃燒臂朝向和傾角、風(fēng)速及風(fēng)向的影響,從不同平面到空間對(duì)熱輻射進(jìn)行了分析,為國(guó)內(nèi)建立針對(duì)海上平臺(tái)放空火炬的熱輻射評(píng)價(jià)體系奠定了基礎(chǔ)。(2)在相同的火炬系統(tǒng)、放噴產(chǎn)量、環(huán)境因素條件下,基于海上平臺(tái)放空火炬熱輻射分析方法編制的程序模塊的圖形和數(shù)據(jù)輸出結(jié)果與Flaresim軟件模擬結(jié)果基本一致,平均相對(duì)誤差3.64%。(3)海上平臺(tái)放空火炬熱輻射分析方法用于工程計(jì)算,簡(jiǎn)單直觀、易于編程,對(duì)應(yīng)的程序模塊在海上2口氣井測(cè)試中的