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兩相分離器火災(zāi)工況安全閥動態(tài)分析

文檔作者：吳梁紅宗媛2 薛登存2 魏濤3 李濤2 朱德聞2 文檔來源： 1.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院2.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司北京分公司3.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月23日
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石油工程建設(shè)
工程設(shè)計
兩相分離器火災(zāi)工況安全閥動態(tài)分析
吳梁紅’,宗媛2,薛登存2,魏濤3,李濤2,朱德聞2
1.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院,北京100083
2.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司北京分公司,北京100085
3.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司,北京100085
doi:10.396issn.1001-2206.2016.01.013
摘要:采用 HYSYS軟件對兩相分離器火災(zāi)工況下安全閥進(jìn)行了動態(tài)模擬,同時分析了原油含水率變化對泄
放時間、最大泄放量和泄放溫度等因素的影響。研究表明:隨著火災(zāi)加熱時間的延長,原油的性質(zhì)不斷變化,
僅根據(jù)安全閥設(shè)定壓力高于原油的初始狀態(tài)相包線中泡點線的最高壓力判斷液體膨脹作為其選型的主導(dǎo)因素會
有一定的局限性,對火災(zāi)工況下安全閥的泄放應(yīng)進(jìn)行動態(tài)模擬分析;隨著原油含水率的上升,安全閥的起跳時
間呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢,最大泄放量和泄放溫度均隨含水率的升高而逐漸降低,并且當(dāng)含水率超過某一值
時最大泄放量和泄放溫度基本不變;此外,安全閥的尺寸計算除了應(yīng)考慮設(shè)備的最大液量之外,還應(yīng)考慮含水
率的影響。
關(guān)鍵詞:安全閥;兩相分離器;火災(zāi)工況;最大泄放量;含水率
 Dynamic Analysis of Pressure Safety Valve at Two-Phase Separator in Fire Case
 WU Lianghong', ZONG Yuan', XUE Dengcun', WEI Tao', LI Tao', ZHU Dewen'
 1. China Petroleum Planning Engineering Institute Beijing 100083, China
 2. China Petroleum Engineering Co., Ltd. Beijing Company, Beijing 100085,China
 3. China Petroleum Engineering Co., Ltd., Beijing 100085, China
 Abstract: HYSYS soft
 carry out fire case dynamic analysis of pressure safety valve (PSV) at a
 two-phase
 e of PSV, maximum relieving rate and
 s with the extension of fire heating time,
 so it is
 set pressure is higher than
 SV at the two-phase
 ing of water
 content, and th
 content. Be
 sides, the maximum relieving ra
 exceeds a certain val-
 ue. (3)The calculation of PSV
 nce of water content
 Keywords:PSV;two-phase
安全閥作為壓力容器、管道等承壓設(shè)備的最后
本文以乍得某油田兩相分離器為例,采用
一道保護(hù),在容器或管道的壓力達(dá)到設(shè)定壓力時可自 HYSYS軟件動態(tài)模擬火災(zāi)工況下安全閥的泄放,計
動開啟,及時排出超壓介質(zhì)安全閥計算工況的合算泄放溫度和泄放量,并針對原油含水率對安全閥泄
理分析對安全閥的尺寸計算和緊急狀況下容器的保護(hù)放的影響進(jìn)行了模擬和分析。
至關(guān)重要,如果安全閥計算工況分析不合理,則會導(dǎo)1兩相分離器基本參數(shù)
致安全閥尺寸過小或過大。尺寸過小,壓力介質(zhì)排放
不及時,容易造成壓力設(shè)備受損;尺寸過大,會造成
兩相分離器的相關(guān)尺寸和工藝參數(shù)見表1
安全閥的閥瓣與閥座頻繁地撞擊,縮短安全閥的使用
表1兩相分離器(立式)的基本參數(shù)
壽命。火災(zāi)工況是一種常見的工況,兩相分離器外直徑高度容積正常操作操作壓力操作溫度安全的設(shè)定
部火災(zāi)下安全閥的尺寸計算與泄放壓力、泄放溫度及/m/m/m3液位/m/MPa壓力/MPa
泄放量密切相關(guān)。
26.4233.20.9520~454.0
第42卷第1期53
工程設(shè)計
石由工程建設(shè)
2 HYSYS動態(tài)模擬
3.00
2.50
本文采用軟件 HYSYS對火災(zāi)工況下安全閥的泄
放進(jìn)行動態(tài)模擬,分析兩相分離器內(nèi)液相物流相包線
2.00+露點線
隨火災(zāi)加熱時間的變化及原油不同含水率下安全閥的
1.50泡點線
泄放壓力、泄放溫度及泄放量。
1.00
2.1安全閥泄放模型的建立
0.50
首先將汽、液介質(zhì)接入兩相分離器中,按照分離
0.00
0100200300400500600
器的運行工藝參數(shù)建立模型,輸入分離器的基本參數(shù)
溫度℃
(如長度,直徑,正常液位值等),然后設(shè)置分離器
圖2動態(tài)模擬t=0min時液相物流相包線
的壓力和液位控制器,通過氣相出口和液相出口的調(diào)
4.00
節(jié)閥,來控制分離器的壓力和液位,見圖1。
3.50
3.00
壓力控制器
露點線
2.50點線
2.00
 VLV-100
1.50
 VLV-102
兩相分離器
液位控制器
1.00
0.50
Q-100
 VLV-101
0.00
圖1兩相分離器火災(zāi)工的動態(tài)模型
1000100200300400500600
溫度℃
安全閥泄放模型建立后,點擊靜態(tài)運行,調(diào)試模
圖3動態(tài)模擬t=103min時液相物流相包線
型使得運算收斂。轉(zhuǎn)入動態(tài)模擬時,應(yīng)先根據(jù)容器的
5.00
4.50
濕面積計算火災(zāi)工況下容器吸收的熱量,將其熱量作
4.00
為能量流輸入兩相分離器,然后關(guān)閉分離器入口、液
相出口的閥門;當(dāng)容器內(nèi)的壓力達(dá)到安全閥設(shè)定壓
3.50點線
3.00
力時,將氣相出口調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)調(diào)到廠家推薦
點線
2.50
值,用調(diào)節(jié)閥取代安全閥,保證安全閥安全泄放。
2.00
1.50
2.2動態(tài)模擬結(jié)果分析
1.00
0.50
2.2.1液相物流相包線分析
0.00
動態(tài)模擬過程中分離器壓力、溫度和液相物流的
-1000100200300400500600
相包線變化情況見表2和圖2~4
溫度/℃
圖4動態(tài)模擬t=170min時液相物流相包線
表2分離器溫度、壓力和液相相包線隨時間變化情況
相物流的臨界壓力和泡點線最高點壓力不斷增大,液
時間分離器
液相相包線
相中的輕組分不斷氣化,但分離器中的物流始終呈現(xiàn)
min溫度壓力界臨界泡點線最高點線最高氣液兩相,沒有出現(xiàn)臨界狀態(tài),也就是說對于本次模
 reMPa溫度壓力MPa溫度壓力MPa擬不存在或者存在很小的液體膨脹過程。
0300.955822.07528
2.44
但以往設(shè)計人員通常只根據(jù)安全閥設(shè)定壓力高于
1032622.535812434563.39
原油的初始狀態(tài)相包線中泡點線的最高壓力判斷液體
1702733.325723.064204.76
膨脹作為其選型的主導(dǎo)因素,容易造成所選的安全閥
從圖2~4可以看出,隨著火災(zāi)工況分離器加熱的尺寸偏小,因此在分析火災(zāi)工況下安全閥泄放時,
時間的延長,分離器的壓力和溫度不斷增加,同時液建議進(jìn)行動態(tài)模擬分析,不能只根據(jù)安全閥設(shè)定壓力
542016年2月
吳梁紅等:兩相分離器火災(zāi)工況安全閥動態(tài)分析
工程設(shè)計
與初始狀態(tài)原油的相包線判斷。
低,當(dāng)原油的含水率小于50%時,水會優(yōu)先氣化,
2.2.2原油含水率的影響
并伴隨著油的氣化,分離器氣相空間很快會達(dá)到安全
在相同原油處理量下,對原油含水率為0%、閥的設(shè)定壓力。如果含水率進(jìn)一步提高,由于水的比
50%、90%時安全閥的泄放過程進(jìn)行動態(tài)模擬,其熱容較大,分離器內(nèi)介質(zhì)流升溫速度將有所減慢,從
計算結(jié)果見圖5~7
而使水和原油的氣化速度降低,故分離器內(nèi)氣相空間
450
4.5
達(dá)到安全閥設(shè)定壓力的時間就會延長。
400
4.0
(2)隨著含水率的上升,安全閥的最大泄放量分
350
泄放量
3.5
別為208901、23569、22403kg/h,安全閥的泄放溫
300溫度
30
250
壓力
度分別為416、227、229℃。即安全閥的最大泄放量
25
00z
和泄放溫度隨含水率的升高,逐漸降低,并且當(dāng)含水率
2.0
150
1
1.5超過某一值時最大泄放量和泄放溫度基本不變。因為水
100
1.0的沸點較低,且水蒸氣的分子量較小,會優(yōu)先氣化并且
50
0.5
隨著含水率的上升,這種現(xiàn)象會越來越明顯
0
0150020
0.050.0100.0150.0200.0
(3)對于火災(zāi)工況下安全閥的尺寸計算,除了
時間/mn
應(yīng)考慮設(shè)備的最大液量之外,還應(yīng)考慮含水率的影響
圖5水率0%時壓力、溫度及泄放量隨時間的變化曲線如前面所述,同樣的原油處理量,含水率為0%時,
4501
450
安全閥的最大泄放量大約為含水率為90%時的安全
400
4.00
閥最大泄放量的10倍。
350
3.503結(jié)束語
300
一泄放量
一溫度
3.00
250壓力
2.50
在分析火災(zāi)工況下安全閥泄放時,僅根據(jù)安全閥
200
2.00
設(shè)定壓力與原油的初始狀態(tài)相包線判斷液體膨脹是否
≤兇
150
1.50
為其選型的主導(dǎo)因素有一定的局限性,建議進(jìn)行動態(tài)
100
1.00
模擬分析。
50
0.50
隨著原油含水率的上升,安全閥的起跳時間呈現(xiàn)
50
0.00
先減小后增加的趨勢;最大泄放量和泄放溫度均隨含
100
150
時間/min
水率的升高逐漸降低,并且當(dāng)含水率超過某一值時最
圖6含水率50%時,壓力、溫度及泄放量隨時間的變化曲線大泄放量和泄放溫度基本不變。對于火災(zāi)工況下安全
閥的選型計算,除了應(yīng)考慮設(shè)備的最大液量之外,還
450
4.50
應(yīng)考慮含水率的影響。
40
4.00
3.50
參考文獻(xiàn)
300
量
3.00
250
一壓
2.50
1馮傳令,楊勇原油容器安全閥火災(zāi)工況泄放量動態(tài)模擬J石
2.00
油工程建設(shè)2006,32(6):9-12
150
1.50
2S/T10043-2002,泄壓和減壓系統(tǒng)指南S1
100
1.00
50
0.50
3]鄭志剛,潘宇,鄧婷婷,等破四容器安全閥火災(zāi)工況泄放的動
0
0.00
態(tài)模擬.廣州化工,2013,41(22):202-204
0
50100150
時間/min
圖7含水率90%時,壓力、溫度及泄放量隨時間的變化曲線
作者簡介:
吳梁紅(1984-),男,四川眉山人,工程師,2011年畢業(yè)于中
從圖5~7可以看出:
國石油大學(xué)(華東)油氣儲運專業(yè),碩士,現(xiàn)從事油田地面工程
(1)隨著含水率的上升,安全閥的起跳時間分和長輸管道設(shè)計工作mi:31541918aq.com
別為200、140、180min,即安全閥的起跳時間隨含
水率的上升,先減小后增加其原因在于水的沸點較收稿日期:2015-06-23;修回日期:2015-12-01
第42卷第1期55

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