海上平臺火災(zāi)火炬泄放負荷計算

海上平臺火災(zāi)火炬泄放負荷計算

0火炬負荷的計算方法海洋平臺的火炬出口負荷直接決定了平臺火炬系統(tǒng)的能力和火炬臂的長度。泄放負荷的傳統(tǒng)計算方法由受火的單個泄放源最大泄放流量加和確定，結(jié)果較保守，造成火炬系統(tǒng)能力偏大。動態(tài)模擬方法能準確反映泄放過程中各參數(shù)隨時間的變化，促進對泄放過程的理解1井計量pla和生產(chǎn)水處理系統(tǒng)某海上采油平臺原油系統(tǒng)采用兩級脫水處理，工藝流程見圖1。井口物流經(jīng)油嘴降壓后進入生產(chǎn)/測試管匯，需要單井計量的物流進入測試管匯經(jīng)多相流量計（MFM）計量，進入生產(chǎn)管匯，經(jīng)一級分離器處理到含水20%，二級分離器處理到含水0.5%，最后由原油外輸泵輸送到生產(chǎn)儲油船（FPSO）儲存，分離器處理后的污水進入生產(chǎn)水處理系統(tǒng)。一、二級分離器在同一火區(qū)內(nèi)且相鄰布置，存在火災(zāi)同時泄壓的工況，且火災(zāi)工況泄放量決定火炬泄放能力2系統(tǒng)的動態(tài)加載計算模型2.1設(shè)備吸熱量的計算外部火災(zāi)引起設(shè)備內(nèi)液體汽化，造成設(shè)備超壓。安全閥需要泄放汽化產(chǎn)生的多余氣體，其泄放流量受火災(zāi)吸熱量和液相汽化潛熱影響，計算見式（1）?；馂?zāi)吸熱量主要受著火燃料類型、火焰包圍程度（與容器大小和形狀有關(guān)）、環(huán)境因子、防火和排放措施影響。對于那些具有有效的滅火措施和易燃物排放系統(tǒng)的設(shè)備，其吸熱量采用式（2），考慮到設(shè)備本身保溫層對吸熱量的影響，對于單層隔熱層的容器，F(xiàn)因子采用式（3）計算。式中：W為安全閥泄放質(zhì)量流量，kg/s;Q為設(shè)備吸熱量，kW;H為泄放溫度壓力下的汽化潛熱，kJ/kg。式中：Q為濕潤表面總吸熱量，kW;F為環(huán)境系數(shù)；A式中：k為平均溫度下的隔熱層導(dǎo)熱系數(shù)，W/m·K；δ2.2破裂溫度對計算的影響容器在火災(zāi)中加熱升溫，設(shè)備材料強度相應(yīng)降低，當材料強度低于最大允許工作壓力下的許用應(yīng)力時，設(shè)備有破裂風(fēng)險，此時安全閥將失去保護作用，因此在模擬計算中泄放溫度應(yīng)限制在破裂溫度下。設(shè)備最大允許工作壓力下材料應(yīng)力見表1，常用碳鋼Q345R的高溫屈服強度2.3工藝參數(shù)各工藝設(shè)計參數(shù)見表2～4。2.4動態(tài)模擬控制首先建立系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬，運行穩(wěn)定后切換到動態(tài)模式，輸入分離器、閥門、泵等參數(shù)，對分離器進行壓力和液位控制（PIC和LIC控制），PID參數(shù)見表5,HYSYS動態(tài)模擬流程見圖3。根據(jù)式（2)～(3），在Spread-Sheet輸入火災(zāi)吸熱自動計算公式，建立火災(zāi)工況EventScheduler事故邏輯控制，在火災(zāi)工況發(fā)生時關(guān)閉分離器進出口，并將火災(zāi)熱量給予分離器，進行動態(tài)泄放計算和模擬。利用StripChart監(jiān)測記錄分離器泄放溫度、壓力、液位，安全閥開度、泄放流量等數(shù)據(jù)。3系統(tǒng)的動態(tài)發(fā)布性能結(jié)果和分析3.1消溫體系內(nèi)部溫度一、二級分離器壓力和液位在設(shè)定點（SP）下，動態(tài)泄放中各參數(shù)曲線見圖4～5，由圖4～5可知：火災(zāi)安全閥泄放流量出現(xiàn)兩個峰值流量，一級分離器在3.4h出現(xiàn)第一個峰值，8.7h出現(xiàn)第二個峰值；二級分離器在2.5h出現(xiàn)第一個峰值，5.9h出現(xiàn)第二個峰值；發(fā)生火災(zāi)后，液體受熱膨脹體積增大，液位會短暫升高，隨著泄放持續(xù)進行，液位呈持續(xù)下降趨勢；隨著火災(zāi)吸熱量的不斷輸入，分離器內(nèi)溫度不斷升高，由圖2可知，溫度達到300℃，材料屈服強度約等于最大允許工作壓力下的材料應(yīng)力，因此泄放溫度限制在300℃；分離器受火加熱后，物料不斷膨脹，壓力升高，在安全閥設(shè)定壓力點，安全閥開始打開，達到設(shè)定點壓力1.21倍3.2基于敏感性分析的初始壓力、設(shè)備尺寸影響因素泄放流量受物流組分、起始壓力、起始溫度、起始液位、設(shè)備尺寸等因素影響，物流組分、起始溫度、設(shè)備尺寸屬于確定因素，而起始壓力及起始液位往往在一定范圍內(nèi)波動，需要對這兩個變量進行敏感性分析。3.2.1泄放流量的影響圖6～7是在相同壓力（SP壓力）不同液位下，泄放流量的變化曲線。由圖6～7可知，不同液位下，安全閥的起跳時間和產(chǎn)生的泄放流量均不同。液位越低，越先達到起跳壓力；液位越高，泄放流量越大，高高液位相比低低液位，泄放流量分別增加3375kg/h（一級）/1694kg/h（二級），增加幅度約94%和74%。因為液位越低，罐內(nèi)殘留的液相越少，氣液相變轉(zhuǎn)化時間越快；液位越高，沾濕面積越大，吸熱量越大，相變轉(zhuǎn)化為氣相質(zhì)量流量越大，因此泄放流量越大。3.2.2級分離器泄放流量大、壓力小圖8～9是在相同液位（SP液位）不同壓力下，泄放流量的變化曲線。由圖8～9可知，一級分離器在低低壓力下的泄放流量較大，而二級分離器在高高壓力下的泄放流量較大，不同壓力下的泄放流量變化較小。因為壓力不同，達到相平衡的氣相和液相中的組分也不同，導(dǎo)致泄放流量有所差異，而分離器操作壓力的變化范圍不大，對氣液相平衡的組分影響較小。考慮在正常工況下2臺分離器處于SP壓力下，因此將高高液位和正常壓力將作為安全閥泄放流量的最大工況，進行系統(tǒng)泄放負荷計算。3.3泄放峰值的時間在高高液位和正常壓力下，重新進行一、二級分離器動態(tài)泄放模擬，得到系統(tǒng)動態(tài)泄放負荷曲線，見圖10。由于一、二級分離器內(nèi)物料量不同，達到泄放峰值的時間也不同，即存在錯峰現(xiàn)象。由3.1節(jié)可知，動態(tài)泄放溫度限制在300℃，系統(tǒng)動態(tài)泄放負荷曲線調(diào)整后見圖11。由圖11可知，一二級分離器只出現(xiàn)一次泄放峰值，對應(yīng)泄放流量分別為7864、4667kg/h，系統(tǒng)動態(tài)最大泄放流量為8368kg/h。表6對比常規(guī)加和法和系統(tǒng)動態(tài)模擬法，可知系統(tǒng)動態(tài)方法對火炬系統(tǒng)的影響，系統(tǒng)動態(tài)模擬可以明顯縮減火炬系統(tǒng)負荷，降低設(shè)備和管線尺寸。4泄放流量敏感性分析通過系統(tǒng)動態(tài)模擬方法，研究火災(zāi)工況下安全閥動態(tài)泄放過程，得出如下結(jié)論：1）單分離器在整個泄放過程中會出現(xiàn)兩個峰值，由于設(shè)備材料的高溫屈服強度對泄放溫度的限制，第二個峰值位于該泄放溫度以上，將不考慮第二個峰值流量。2）對影響泄放流量的起始液位和起始壓力兩個因素進行敏感性分析，結(jié)果表明起始液位對泄放峰值流量影響很大，液位越高，泄放流量越大，起始壓力對泄放流量的影響較小。3）在高高液位和正常