南海某海洋平臺火炬系統(tǒng)計算分析

南海某海洋平臺火炬系統(tǒng)計算分析

1出的介質(zhì)的安全處理壓力釋放系統(tǒng)是海洋平臺不可或缺的輔助設(shè)備之一。通過壓力釋放,達(dá)到防止生產(chǎn)裝置超壓以及對安全泄放裝置泄放出的介質(zhì)進(jìn)行安全處理的目的,主要包括火炬燃燒和冷放空?；鹁媸峭ㄟ^露天燃燒方式把可燃的、有毒的和帶有腐蝕性的廢棄氣體轉(zhuǎn)變成危害性極小的化合物,以保證平臺生產(chǎn)安全和減少環(huán)境污染。放空是把物流通過放空管或未燃燒的火炬頭直接釋放到大氣中。本文主要針對平臺上部火炬系統(tǒng)的設(shè)計考慮,從理論到軟件以及結(jié)合氣田實例驗證其應(yīng)用。2熱輻射和污染物火炬對平臺上的生產(chǎn)裝置和人員的安全有著很大的影響,火炬是“明火”,且會產(chǎn)生熱輻射、噪聲、光害和污染,其設(shè)置位置、高度與生產(chǎn)裝置、操作人員的距離等都直接影響裝置的安全。因此火炬系統(tǒng)設(shè)計,必須遵循有關(guān)設(shè)計規(guī)范,主要是確定火炬臂高度,以便為火炬結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。2.1海上平臺火炬的種類平臺火炬支撐結(jié)構(gòu)型式的選擇取決于泄放氣量、氣體的性質(zhì)(組分、熱值和壓力)、燃燒方式和有關(guān)經(jīng)濟(jì)因素?；鹁嬷谓Y(jié)構(gòu)有懸臂塔架式、直立塔架式、獨(dú)立火炬平臺和地面火炬4種。懸臂塔火炬是海上油田固定平臺常見的火炬型式。懸臂塔架火炬的火炬臂是一傾斜的塔架結(jié)構(gòu),從平臺邊部向外伸出,與水平線成15~45o傾角。2.2火炬分液罐組成一般由管匯、分液罐、點火系統(tǒng)、火炬頭、密封等組成。(1)管匯。油氣處理系統(tǒng)、燃料氣系統(tǒng)、注水系統(tǒng)及其它系統(tǒng)的壓力泄放閥,氣體緊急排放閥等放出的碳?xì)浠衔餁怏w,匯集于火炬管匯后集中輸送到火炬分液罐中處理。為了避免管匯中滯留液體,管匯應(yīng)朝著火炬分液罐方向向下傾斜,以便將滯留液體排入分液罐中。(2)分液罐。用來去除火炬氣中夾帶的凝液和固體,以免液滴夾帶到火炬頭,造成下“火雨”。通常要求分液罐的能力(3)點火系統(tǒng)。一般由火源、引火和長明燈三部分組成?；鹪闯Ｓ秒娀鸹?引火部件作用是把火源引至火炬頭,現(xiàn)在常采用密閉引火。長明燈的任務(wù)是及時點燃火炬筒體排放出的火炬氣。(4)密封。為防止空氣進(jìn)入火炬系統(tǒng)而產(chǎn)生回火或爆炸危險,則要對火炬管匯進(jìn)行不斷吹掃。火炬系統(tǒng)常設(shè)有密封系統(tǒng),包括液封、流體密封和分子密封。在海洋平臺上主要采用流體密封和分子密封。3凝析聚結(jié)分離器火炬系統(tǒng)工藝應(yīng)用南海某平臺氣田屬于干氣氣藏,共有17口生產(chǎn)井(包括4口水下井口),最高年產(chǎn)天然氣14.54×10氣田的火炬系統(tǒng)是來自氣體處理系統(tǒng)等各種壓力泄放閥泄放出的碳?xì)浠衔餁怏w及各種壓力容器泄放出的液體,經(jīng)過火炬匯管,進(jìn)入火炬分液罐進(jìn)行氣液兩相分離,脫除氣體中夾帶的液體,然后進(jìn)入火炬系統(tǒng)處理。正常生產(chǎn)狀況下,火炬系統(tǒng)僅處理凝析聚結(jié)分離器的連續(xù)排放氣體。在緊急工況下處理來自各系統(tǒng)和設(shè)備的泄放流體。4系統(tǒng)設(shè)計4.1熱輻射強(qiáng)度的計算(1)火炬直徑。根據(jù)可能出現(xiàn)的最大火炬流量和預(yù)計的平均火炬流量的體積比、可能出現(xiàn)的時間、頻率、流動持續(xù)時間和為使火炬燃燒穩(wěn)定建立的準(zhǔn)則,對最大的短時間的、不經(jīng)常流動,可以允許速度達(dá)0.5馬赫數(shù);對正常并可能更加頻繁的條件,維持0.2馬赫數(shù)。根據(jù)API-RP-521中的公式式中,mach——蒸汽速度與對應(yīng)蒸汽音速的比值(無量綱);W——蒸汽釋放流量,kg/s;Z——?dú)怏w壓縮系數(shù)(無量綱);P——火炬頭里的蒸汽壓力,kPa;D——火炬頭直徑,m;T——火炬頭里的蒸汽溫度,K;k——釋放蒸汽的比熱比,CM(2)火炬熱輻射?；鹁嫒紵龝r將會釋放大量的熱,巨大的輻射熱強(qiáng)度將會傷及操作人員以及損壞設(shè)備。根據(jù)平臺上的設(shè)備、模塊與橇塊的平面布置、立面布置和火炬塔的位置等條件,并了解人員的操作活動時間與范圍后,選擇合適的熱輻射強(qiáng)度進(jìn)行計算。依據(jù)API-RP-521,推薦的設(shè)計火炬輻射熱強(qiáng)度值參見表1(3)火炬高度。火炬氣燃燒對地面上某點的熱輻射強(qiáng)度,與火炬氣燃燒釋放的熱量、火焰的幾何尺寸及火焰距地面該點的距離等因素有關(guān)。根據(jù)Hajek和Lndwig公式式中:D——火炬中心至被考慮目標(biāo)之間的最小距離,m;τ——熱強(qiáng)度傳導(dǎo)系數(shù),無量綱;F——熱輻射系數(shù),無量綱;Q——釋放熱量(低熱值),kW;K——允許的輻射熱強(qiáng)度,kw/m4.2火炬系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計對平臺的火炬泄放幾種常見工況進(jìn)行分析,最終確定平臺最危險的工況。利用FLARESIM軟件分析輻射熱強(qiáng)度、噪音和環(huán)境風(fēng)速幾個因素對火炬長度的影響,并結(jié)合現(xiàn)場實際情況選取合適參數(shù),然后利用FLARESIM對選定的典型工況進(jìn)行模擬,確定該平臺火炬臂長度并進(jìn)行校核。(1)工況分析?；谄脚_的工藝流程和設(shè)定的工況,在進(jìn)行火炬系統(tǒng)設(shè)計時主要考慮以下列幾種工況。工況1:堵塞工況:平臺設(shè)置了兩套油氣分離系統(tǒng)(高、低壓處理系統(tǒng))。最大壓力泄放為第一年的高壓和低壓管匯的壓力泄放,泄放速率等同于平臺上所有井口的最大氣體產(chǎn)量,即高壓和低壓分離器出口同時堵塞時,泄放量4.41×10工況2:火災(zāi)工況?；馂?zāi)工況為了確保安全,考慮一處發(fā)生火災(zāi),平臺處于關(guān)停狀態(tài),所有區(qū)域內(nèi)設(shè)備的泄放閥開啟泄放氣體到火炬,泄放速率為所有泄放閥的流量,平臺泄放量最大為2.6×10在確定火炬系統(tǒng)設(shè)計泄放量時,確定火炬系統(tǒng)的泄放量為4.41×10(2)火炬直徑。選擇工況為緊急工況中的堵塞泄放,故馬赫數(shù)選為小于0.5。根據(jù)公式1計算得出火炬直徑為16英寸。(3)幾個關(guān)鍵參數(shù)的選取。(1)燃燒輻射熱強(qiáng)度對火炬長度的影響。設(shè)定環(huán)境風(fēng)速為25m/s,噪聲限制在115dB(A),選取頂層甲板上感受點的承受熱輻射強(qiáng)度分別為1580w/m從表2中可以看出,隨著感受點的承受輻射熱強(qiáng)度增加,火炬臂的長度有顯著的降低?？紤]到現(xiàn)場工程實際,結(jié)合表1推薦的熱輻射值,若選取4730w/m(2)噪聲對火炬臂長度的影響。設(shè)定環(huán)境風(fēng)速為25m/s,感受點輻射熱強(qiáng)度為6310w/m從表3可以看出,隨著噪聲限制的放寬,火炬長度逐漸減短。海洋平臺為開敞場所,如果緊急泄放狀態(tài)持續(xù)時間不長且短暫,噪聲可以限定為不超過115dB(A)(3)風(fēng)速對火炬臂長度的影響。設(shè)定感受點輻射熱強(qiáng)度為6310w/m(4)結(jié)果分析。根據(jù)以上分析建立FLARESIM模型,通過軟件計算得出火炬臂設(shè)計長度:37.01m,為方便結(jié)構(gòu)設(shè)計,選取37.5m作為該平臺火炬臂長度。表5為選定三個感受點的熱輻射值和噪聲值。通過FLARESIM軟件模擬,從輻射熱、噪音、溫度等值線圖中可以看出計算結(jié)果符合設(shè)計要求,火炬臂根部的感受點的熱輻射強(qiáng)度為6309w/m5風(fēng)速對火炬臂長度的影響本文結(jié)合FLARESIM軟件對某平臺火炬系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計,為最終火炬臂長度的確定和火炬結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了依據(jù)。由于火炬系統(tǒng)非常復(fù)雜,影響火炬燃燒和火焰形狀的因素較多,因此在進(jìn)行火炬系統(tǒng)設(shè)計必須