石油化工裝置中可燃?xì)怏w排放的控制

石油化工裝置中可燃?xì)怏w排放的控制

原油長(zhǎng)距離輸送有兩種方式。其中之一是關(guān)閉封閉系統(tǒng)或火環(huán)的排放。其次，引導(dǎo)或分散在集中或分散的環(huán)境中。而大型的石油化工生產(chǎn)都是通過(guò)火炬排放易燃易爆的氣體,其中可燃?xì)怏w、蒸汽或有毒氣體經(jīng)分離罐進(jìn)行分離處理,捕集下來(lái)的液滴或污液進(jìn)行回收或經(jīng)地下排污管排至安全地點(diǎn),其氣態(tài)物質(zhì)經(jīng)防止回火的密封罐后導(dǎo)入火炬系統(tǒng),焚燒后達(dá)到安全排放標(biāo)準(zhǔn)排放至大氣?；鹁嫦到y(tǒng)包括將氣體送至火炬的管道、火炬管(火炬筒)、燃料氣管道、惰性氣體管道、火炬點(diǎn)火、控制及信號(hào)裝置等。根據(jù)可燃?xì)怏w排放壓力的不同,分為高、低壓兩個(gè)火炬管網(wǎng)排放;根據(jù)介質(zhì)含水狀態(tài)的不同,又分為干火炬、濕火炬排放系統(tǒng)。無(wú)論是怎樣的火炬總管,在管道布置設(shè)計(jì)中都有相同的特點(diǎn),根據(jù)這些特點(diǎn)進(jìn)行必要的應(yīng)力計(jì)算和分析,使火炬總管的設(shè)計(jì)在保證人身安全與生產(chǎn)安全的前提下,更加經(jīng)濟(jì)、合理。11.1開停工及檢修時(shí)泄壓排放的不可燃性氣體石油化工裝置中能排入火炬總管的可燃性氣體有以下幾種:(1)生產(chǎn)裝置無(wú)法利用而必須排出的可燃性氣體。(2)事故排出或安全閥泄壓排出的可燃性氣體。(3)開停工及檢修時(shí)泄壓排出的可燃性氣體。(4)液化石油氣泵等短時(shí)間間歇排放的可燃性氣體。此外,經(jīng)處理后也能進(jìn)入火炬總管的可燃?xì)怏w為:(1)當(dāng)甲、乙類設(shè)備的安全閥出口排放大量液化烴時(shí),需先經(jīng)分液,方可排入火炬總管。(2)為防止火炬總管的腐蝕,泄放后可能攜帶腐蝕性液滴的可燃性氣體,應(yīng)經(jīng)分液后接至火炬總管;含有H(3)含有瀝青、渣油或粉末的可燃性氣體應(yīng)在裝置內(nèi)處理,分離后方可排入火炬總管。根據(jù)火炬總管排放的介質(zhì)特點(diǎn),通常一個(gè)火炬排放體系是由一套火炬管網(wǎng)和分液罐組成。1.2火炬總管的管道設(shè)計(jì)由于火炬總管中的可燃性氣體含有液滴,因此火炬總管的布置與一般化工管道布置有所不同。(1)火炬總管的敷設(shè)有3‰～5‰的坡度要求,所以應(yīng)在管廊上單獨(dú)高架敷設(shè)。而且應(yīng)坡向裝置邊界線外的分液罐或全廠火炬總管,不宜有“袋形”,否則應(yīng)采取排液措施。(2)接至火炬總管的管道,應(yīng)在總管上方沿流向45°斜接,盡可能減少阻力。(3)在火炬總管上,不得有死角,當(dāng)改變管道走向時(shí),應(yīng)采用(4)火炬總管應(yīng)設(shè)水平敷設(shè)的U型補(bǔ)償器或波紋補(bǔ)償器。(5)計(jì)算固定管架推力時(shí),一定要考慮管道中氣液兩相流動(dòng),當(dāng)管道轉(zhuǎn)彎時(shí),產(chǎn)生的沖擊力對(duì)固定架的影響。(6)為避免火炬系統(tǒng)發(fā)生內(nèi)爆炸或產(chǎn)生其它不安全因素,火炬氣總管的上游最遠(yuǎn)端設(shè)有固定的吹掃設(shè)施,該吹掃設(shè)施包括一個(gè)流量計(jì)、一個(gè)止回閥和一個(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門。所有的火炬總管都應(yīng)設(shè)氮?dú)獯祾哂密浌芙涌?.3接頭處材質(zhì)選取火炬總管的材料根據(jù)介質(zhì)狀態(tài)及性質(zhì)不同,按各項(xiàng)目工程中的《管道材料等級(jí)規(guī)定》,選用適宜的材質(zhì)并進(jìn)行相應(yīng)的加工處理。通?；鹁婀芫W(wǎng)各部分的材料根據(jù)溫度、壓力的不同而不盡相同;如果總管與總管相接或總管與支管相接,其接頭處材質(zhì)取兩者材質(zhì)高者,且其長(zhǎng)度在接頭處上游至少要有5m。石油化工壓力管道設(shè)計(jì)中,常用鋼材牌號(hào)的適用溫度范圍如下:1016Mn-40～450℃09Mn2V-70～100℃12CrMo≤525℃15CrMo≤550℃12Cr1MoV≤575℃1Cr5Mo≤600℃低碳奧氏不銹鋼-196～700℃超低碳奧氏不銹鋼00Cr19Ni10≤400℃00Cr17Ni12Mo2≤450℃在工程上,當(dāng)單向拉壓時(shí),保證材料具有足夠強(qiáng)度和耐久性情況下的應(yīng)力最大許用值,稱為許用應(yīng)力。ASMEB31.3中定義為基本許用應(yīng)力。在GB50316中,規(guī)定許用應(yīng)力見(jiàn)表1。2火炬總管的設(shè)計(jì)及計(jì)算了解火炬總管的特點(diǎn)之后,就可以對(duì)火炬總管進(jìn)行配管設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析和計(jì)算。首先要對(duì)整個(gè)管系柔性進(jìn)行初步的診斷。2.1管系膨脹干個(gè)管段先采用簡(jiǎn)化法對(duì)火炬管系進(jìn)行分析,看其配管彈性是否合適。根據(jù)管道材質(zhì)的線膨脹量,初步計(jì)算出管道在無(wú)拘束條件下的伸長(zhǎng)量,然后根據(jù)該管系特點(diǎn)將其分割成若干個(gè)管段,讓各管段獨(dú)自進(jìn)行膨脹。例如:如圖1所示為一個(gè)火炬總管部分管道走向示意圖,此管系是以火炬總管的固定架為分割點(diǎn),將兩固定架之間的管道看作一個(gè)獨(dú)立的管系進(jìn)行計(jì)算,當(dāng)各個(gè)分支管系配管彈性通過(guò)計(jì)算后,再進(jìn)行整個(gè)管系復(fù)合運(yùn)算,或?qū)⒐潭艿牧土剡M(jìn)行合成。由圖1可知,此管系有主管系①-②和支管③組成,將固定架①視為起始端,作為基準(zhǔn)點(diǎn),計(jì)算兩固定端之間的膨脹量。首先要根據(jù)項(xiàng)目的工程規(guī)范確定管系的計(jì)算溫度、計(jì)算壓力、腐蝕裕量等設(shè)計(jì)輸入條件。2.1.1預(yù)壓及內(nèi)壓、外壓管道系統(tǒng)的計(jì)算壓力應(yīng)取自工藝管線一覽表中的設(shè)計(jì)壓力,并應(yīng)滿足不小于在使用時(shí)所能達(dá)到的溫度和壓力耦合下的最苛刻的壓力值。規(guī)范限定的偶發(fā)變化除外。此外,管道計(jì)算壓力應(yīng)不低于正常操作中預(yù)計(jì)的最高壓力或在最苛刻溫度下同時(shí)發(fā)生的內(nèi)壓或外壓,取其最危險(xiǎn)工況。對(duì)工藝有特殊要求的工況(指溫度與壓力的耦合)也應(yīng)予以考慮。2.1.2asme33.3模型分析原理管道計(jì)算溫度應(yīng)根據(jù)工藝管線表中的設(shè)計(jì)溫度確定,膨脹應(yīng)力應(yīng)由使用所有操作的工況影響下的最大溫差。進(jìn)行管道應(yīng)力分析時(shí),不僅要考慮正常操作溫度條件下的溫度,還要考慮短時(shí)超溫工況(如開車、停車、蒸汽掃線、再生等)。文中示例的最大操作溫度為安全閥起跳排放時(shí),最熱介質(zhì)的最高排放溫度。所以,此管系的設(shè)計(jì)輸入條件為:最大操作溫度為263℃;設(shè)計(jì)壓力為750kPa;主管外徑為1626mm,壁厚為17.5mm;支管外徑為1219mm,壁厚為12.0mm;管道材料為20根據(jù)公式Δ碳鋼20則應(yīng)用ASMEB31.3經(jīng)驗(yàn)式分析式中Δ——管系總變形量,mm;——管系在兩固定端之間的展開長(zhǎng)度,m;——管系在兩固定端之間的直線距離,m。按公式ASMEB31.3對(duì)上式的使用條件作了如下說(shuō)明(1)無(wú)法提供全面地證明來(lái)說(shuō)明此式能得出準(zhǔn)確或一貫保守的結(jié)果。(2)此經(jīng)驗(yàn)公式在下列情況下不適用:a.劇烈循環(huán)運(yùn)動(dòng)下的管道,即運(yùn)行壽命期間,等效循環(huán)次數(shù)超過(guò)7000次;b.c.大直徑薄壁管道(管件處的應(yīng)力增大系數(shù)d.與端點(diǎn)連線不在同一方向的附加位移量占總位移量的大部分的管道。文中示例適用此經(jīng)驗(yàn)公式:所以此管系主管道布置彈性不合適,需要調(diào)整主管系布置。除了主管系的柔性分析之外,支管也需要柔性分析,而且在支管和主管的連接處都會(huì)有附加位移產(chǎn)生,這就要求支管具有一定的柔性來(lái)吸收此位移。根據(jù)圖1所示,假設(shè)支管與主管的連接處為固定架,則:所以支管也需要調(diào)整管道布置。2.2主管系附加位移根據(jù)初步的火炬管系柔性分析結(jié)果,主管系的南北軸位移較大,支管是以東西軸位移為主,同時(shí)還受主管系的附加位移影響。對(duì)此狀況,設(shè)計(jì)上通常是先考慮在裝置布置空間允許的情況下,盡可能的利用管道的固有撓性進(jìn)行補(bǔ)償,即利用由管道和管件構(gòu)成的U型補(bǔ)償彎管,使管系保持適當(dāng)彈性。2.2.1管道布置的結(jié)構(gòu)由于圖1所示的火炬總管受工廠布置空間限制,無(wú)法實(shí)現(xiàn)主管系的自然補(bǔ)償,只能采用波紋補(bǔ)償器以滿足各方面的設(shè)計(jì)要求。金屬波紋管膨脹節(jié)是用于熱補(bǔ)償和增加管道柔性的最常用的金屬管道柔性元件。根據(jù)文中火炬總管管徑較大、壓力較高的特點(diǎn),采用直管壓力平衡型膨脹節(jié)。此膨脹節(jié)由位于兩端的兩個(gè)工作波紋管和位于中間的一個(gè)平衡波紋管及拉桿、端板等構(gòu)件組成,主要用于吸收軸向位移,并能平衡波紋管壓力推力。在管道柔性設(shè)計(jì)中,金屬波紋膨脹節(jié)的選用應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)為防止膨脹節(jié)由于壓力推力的作用被拉開或壓縮,必須在靠近膨脹節(jié)的管道兩端設(shè)置固定支架。兩固定架之間的管道中僅能布置一個(gè)膨脹節(jié)。在圖2中①、②、③處設(shè)置為固定架,即三個(gè)固定架間有兩個(gè)膨脹節(jié)。通常①至②改變管道走向的地方,應(yīng)該在膨脹節(jié)所在直管道上設(shè)置固定架,但由于①是進(jìn)出工廠裝置的節(jié)點(diǎn),此處工程規(guī)定中要求設(shè)置固定架,避免外管的管道位移及應(yīng)力影響裝置的運(yùn)行。(2)為了防止失穩(wěn),膨脹節(jié)附近必須設(shè)置導(dǎo)向支架。第一個(gè)導(dǎo)向支架應(yīng)安裝在與膨脹節(jié)間距不大于4倍管道外徑的位置,第二個(gè)導(dǎo)向支架與第一導(dǎo)向支架間距不得超過(guò)14倍管道外徑。(3)膨脹節(jié)抗扭矩能力較差,應(yīng)盡量避免波紋管受扭。(4)根據(jù)規(guī)范,在必要的地方設(shè)置導(dǎo)流筒,安裝時(shí)注意方向不能裝反。(5)根據(jù)流動(dòng)介質(zhì)、外界環(huán)境、工作溫度等因素,確定波紋管材料(見(jiàn)GB/T12777)。綜合各方面的因素考慮,文中示例的火炬總管的調(diào)整方法是增加金屬波紋管膨脹節(jié)、設(shè)置必要的管道支架。調(diào)整后的火炬管系走向見(jiàn)圖2。2.2.2火炬樹u型彎補(bǔ)償器及設(shè)備布置通過(guò)前面的管道柔性分析,圖1所示的火炬管系的支管的彈性也不能滿足管道柔性要求。對(duì)此支管設(shè)計(jì)采用U型彎管道自然補(bǔ)償。首先要進(jìn)行彎管長(zhǎng)度的確定式中——直管段總膨脹量,in。通常情況下,取彎管的高(≈15m,熱膨脹彎管示意見(jiàn)圖3。根據(jù)計(jì)算及裝置結(jié)構(gòu)布置空間位置的限制,盡可能增加管道柔性進(jìn)行布置,見(jiàn)圖2。U型彎管道自然補(bǔ)償器應(yīng)設(shè)在兩固定架之間,U型彎補(bǔ)償器距固定架的距離不宜小于兩固定架間距的1/3;此外,其兩側(cè)宜設(shè)導(dǎo)向架,一般距離U型彎管的彎頭中心距為32～40倍管徑。2.3火炬系統(tǒng)應(yīng)力的計(jì)算經(jīng)過(guò)對(duì)火炬總管的柔性分析和布置調(diào)整,就可以運(yùn)用國(guó)際公認(rèn)的管道應(yīng)力分析程序CAESARII對(duì)各自獨(dú)立的火炬管系進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。2.3.1管系的基本原理及結(jié)構(gòu)參數(shù)建立模型的第一步是將管系劃分為單元,這些單元在節(jié)點(diǎn)處相互連接,一般情況下相鄰節(jié)點(diǎn)編號(hào)間隔為10。其次是數(shù)據(jù)的輸入,它包括基本參數(shù)、管道單元結(jié)構(gòu)參數(shù)和邊界條件輸入?；緟?shù)主要包括管系中各管道單元的管徑、壁厚、隔熱層厚度及密度、安裝溫度、計(jì)算溫度、計(jì)算壓力、管道材料及密度、許用應(yīng)力、彈性模量、泊松比、介質(zhì)密度等。管道單元結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括管系中各管道單元的幾何形狀及尺寸、結(jié)構(gòu)特征(彎頭、膨脹節(jié)、三通等)。邊界條件分為位移邊界條件、力邊界條件和彈簧邊界條件。完成這兩步之后,管道應(yīng)力模型的建立基本就完成了。運(yùn)用CAESARII程序中的數(shù)據(jù)檢查命令,應(yīng)力分析人員根據(jù)程序提供的警告和錯(cuò)誤信息檢查報(bào)告進(jìn)行更正。確認(rèn)數(shù)據(jù)無(wú)誤之后,進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。2.3.2組合應(yīng)力核算CAESARII程序的運(yùn)行由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成,設(shè)計(jì)人員的工作主要是進(jìn)行工況組合及結(jié)果評(píng)定?；鹁婵偣艿墓r組合主要有以下幾種:L1WW+HP水壓試驗(yàn)L2W+P+T+H+DIS+F(OPE)正常操作(設(shè)計(jì))L3W+P+T+H+DIS+F+WIND(OPE)操作+風(fēng)載L4W+P+T+H+DIS+F+U(OPE)l操作+地震載荷L5W+P+H+F (SUS)一次應(yīng)力核算L6L3-L2 (OCC)純風(fēng)載荷L7L4-L2 (OCC)純地震載荷L8L2-L5(EXP)二次應(yīng)力核算L9L5+L6(OCC)風(fēng)載作用下組合應(yīng)力L10L5+L7(OCC)地震載荷作用下組合應(yīng)力其中,WW為充水重,W為物料重,HP為水壓試驗(yàn)壓力,P為計(jì)算壓力,T為計(jì)算溫度,H為彈簧支吊架,DIS為附加位移,F為附加受力,U為地震