FLARENET在天然气装置火炬管网设计中的应用

2017-08-16刘芳北京沃利帕森工程技术有限公司北京100012

化工管理 2017年20期

关键词：定压背压马赫数

刘芳(北京沃利帕森工程技术有限公司,北京100012)

刘芳(北京沃利帕森工程技术有限公司,北京100012)

本文阐述一种设计天然气装置火炬管网的途径，即用模拟软件FLARENET来进行模拟计算相应模型。并介绍了模型设计的原则，以举例说明的形式分析了计算结果，并且通过比较实际火炬设计来证明该软件设计的可行性。

FLARENET应用；火炬；安全阀

计算软件FLARENET可以模拟多种类型的火炬管网，用于网状泄放系统计算。本文使用该软件计算天然气装置的火炬的不同泄放工况，而且该模拟已经有相应的实际应用。

1 专业术语

1.1 排放压力PD和定压PS

定压为安全阀整定压力简称，使阀瓣刚打开时的入口压力。系统必须处于该压力下，才能有可测的起始值，即开启高度，其测量介质为连续状态[1]。在阀门设计原则中，为了保证安全，管道设计压力一般要求高于安全阀的定压。

安全阀中的阀瓣达到开启状态时的入口压力成为安全阀排放压力[2]，在此定义超压ΔPO,为排放压力和定压的差值，也称作超压百分数。按照国内标准，普通工况下超压通常为定压10%；火灾工况下，超压不得高于定压16%。

1.2 安全阀被压Pb

排压和定压皆为入口压力，于此类比，定义安全阀出口的压力为安全阀背压，背压细分为积聚背压和附加背压[1]，通常情况，附加背压较小，因为是安全阀开启前在出口位置存在的压力，可能为系统中水封等静压，或者其他泄放源产生。阀门开启后，介质通过安全阀在后，在火炬管网流动会遇到阻力，这种流动阻力即为积聚背压。本文中FLARENET所计算的背压是总背压。

1.3 马赫数Ma

为了确保经济合理，火炬气排放管中的介质速度很快，同时不能超过背压的允许范围，为了来定性比较火炬管线流速的高低，引入马赫数，其定义如下：

马赫数Ma=U/Ua其中Ua=103（kPd/Gg）

U——介质流速

Ua——声速

Pd——介质压力

Gg——介质密度

K——绝热指数

设计要求火炬,总管马赫数通常小于0.5，支管小于0.7。

2 火炬管网模型设计原则

用FLARENET设计火炬管网模型时，应当先火炬气成分有大体了解，在软件物性库中选取天然气中有几率存在的各种烷烃类物质，定义管道材质，导入阻降系数，同时要设定不同管道的马赫数要求，以及一些基本常用的参数，如泄放工况等。基本参数设定完成即可着手装置模型的搭建工作，根据设想构建火炬的总管和支管，以及安全阀门的位置，但要确保装置的可行性。管道尺寸在设计时可以根据经验设置初始值，先入为主利用软件进行核实，也可以暂时不给出。

3 结果分析

下面进行案例分析，对象1是100万t/a天然气装置火炬管网，以软件得到的结果做出解析。仅以天然气作为管网的设计标准，以天然气装置界区点作为计算起点，压力是0.15MPa。

火炬管网的收集系统分为干、湿两个部分，收集不含水同时温度比较低的为干火收集系统，收集含水的，气温较高的为湿的收集系统，总管布置应当以火炬气走向来确定，同时还要考虑设备的布置。为了确保系统更加有安全保障，考虑到火炬气经过仪表联锁后排气会减少，并且会有部分仪表减排失败，在计算大工况的工作条件下，总量应当是减排后流量再加上一个额外的流量，额外流量为减排失败的排放量。

将厂家结果和软件得出结果对比分析，FLARENET计算得的火炬总管的各类数据，其中干火炬排量和已投产100万t/a基本相符，但是对于湿火炬排量，对象1天然气远比对象2天然气大。总管直径对象1比对象2要小，这样，既能保证安全又可以保证更加经济。与此同时，通过软件计算得到的安全阀门的型式和排量都能与厂家的数据相类似。