海上石油平台泄压工况的分析和探讨

顾琳婕，周 鹏，曾树兵，余 智，李 伟

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

在正常工况下，海上平台生产设备充满了高压烃蒸气和生产流体。在火灾等紧急工况下，这些高压的烃蒸气和流体的压力升高，存在引起平台爆炸的风险。因此，安装自动压力泄放装置在确认探测到火气时开始紧急泄压就变得尤为重要。压力泄放装置可快速将高压烃类流体泄放到海上平台处理系统，从而降低平台爆炸的风险。一般用于平台压力泄放的装置为泄压阀(BDV)，泄压阀下游应安装限流孔板，所有出口管线应通往火炬或放空系统。

1 泄压原理

压力泄放的工况为火灾工况和减压工况时，泄放速率应满足在15 min内将罐体泄压到690 kPaG；在发生池火时，壁厚超过2.54 cm的碳钢罐体可考虑将压力从初始压力降至设计压力的50%。

2 泄压阀(BDV)

泄压阀应安装在生产系统中适当位置，以满足整个工艺流程中设施的安全泄放。泄压阀需采用“故障开(FO)”型，泄压阀下游应设置限流孔板且安装手动隔断阀。设计中应核算泄压过程中的背压，以确保排出管线上任意点的压力不超过设计压力。当泄压出现低温工况时，考虑到热传导，孔板上游管线应采用低温材料，低温材料管段长度建议不小于500 mm且应附有适当的管线说明。典型泄压阀连接方式如图1所示。

图1 泄压阀的连接Fig.1 Connection of blowdown value

3 泄压工况分析和注意事项

3.1 火灾报警时自动泄压工况

当海上平台火气探测系统确认探测到火焰后，泄压装置将进行自动泄压。泄压阀尺寸的计算应基于以下假设：火灾工况下，生产系统所有物流已停止进出，系统内部工艺热源也已关闭。泄放过程中应考虑火源持续存在的热输入，使液体持续蒸发。

在计算泄放量时，假设火灾开始时设备初始压力处于较高的操作压力。为了确定气体泄放流量，需要估算此生产系统中液体和气体的体积，系统里存在液体时，火灾下的液体汽化增加了正常的泄放载荷。这个系统应包括处于该火区中的设备，以及虽处于该火区外但在正常操作条件下与火区内设备相连通的设备，应取暴露于火焰中的各个设备被内部液体沾湿的表面积作为产生蒸气的有效表面积。计算时应考虑以下因素：

(1)由于压力降低导致的液体闪蒸产生蒸气；

(2)从火焰中吸收热量使液体蒸发产生蒸气；

(3)由于压力降低、温度上升造成的内部蒸气密度发生变化。

3.2 手动泄压工况

在平台生产系统中，除了设置自动泄压阀，还可设置手动泄压装置，允许设备在没有启动自动泄压的时候手动泄压。手动泄压操作需要安装一个手动隔离阀，其下游应配有一个节流装置用来控制泄压流量。

3.3 计划维修时泄压工况

平台工艺管线和设备应在适当位置设置手动泄压阀门，以便该管线和设备在维修时进行泄压和放空，安全进行后续操作。

3.4 海管泄压工况

如平台停产或海管再启动时随着温度的降低,海管存在产生水合物的风险，通往平台的海底管线一般需设置自动或手动泄压装置。

3.5 低温工况和材料选择

在泄压过程中，由于焦耳—汤姆逊效应伴随着气体膨胀，会导致流体产生泄放低温。泄压阀上下游需要考虑低温泄放时所导致的最小温度。平台应急或计划关断后，若设备没有立刻泄压，压力容器内的介质会逐渐降低，甚至降低到最低环境温度。

低温泄放工况要求泄压阀出口管线和下游系统使用耐低温材料，受影响的火炬系统管线和设备，也需要采用低温管线材料。当预测到泄压会产生低温时，可选用碳钢、低温碳钢、316L不锈钢、双相不锈钢或625镍合金管线材质。对于泄压低温造成材料选择困难的情况，可要求在适当的温度下泄压，避免产生过低温度，具体泄放温度根据所选材料的耐受温度推算，应在相关位置上设置低温报警提醒操作人员手动操作，或设置低温变送器触发自动泄压。

4 结束语

安全泄压是保障海上平台安全生产必不可少的环节，明确泄压工况选择适合的泄压装置和管线配件材质应用于生产，对确保生产系统和操作人员的安全具有重要意义。