aspenfare-ne在火炬管網(wǎng)設(shè)計中的應(yīng)用

aspenfare-ne在火炬管網(wǎng)設(shè)計中的應(yīng)用

1火炬管網(wǎng)的壓降在大型腐敗廠中，為了及時處理每個裝置正常排放的有害氣體，如燃料、爆炸等，可以處理打開停車和事故時釋放的大量氣體，確保設(shè)備安全正常運行。一般來說，火炬驅(qū)放系統(tǒng)通常由鄉(xiāng)鎮(zhèn)開始?；鹁嫦到y(tǒng)是石油化工裝置安全生產(chǎn)的必要措施火炬系統(tǒng)的設(shè)計計算是石油化工工藝設(shè)計的重要內(nèi)容,主要包括確定各種工況下的排放負荷和計算排放管網(wǎng)壓降。排放管網(wǎng)的壓力降計算,是火炬管網(wǎng)管道直徑選擇和泄放裝置選型的基礎(chǔ),是火炬系統(tǒng)設(shè)計成敗的關(guān)鍵。由于火炬排放介質(zhì)(工藝氣體)的可壓縮性,介質(zhì)壓力在管道中是隨著流經(jīng)管道長度的變化而不斷變化的,其密度也隨之變化,所以介質(zhì)壓降和流速之間的關(guān)系不能用簡單流體阻力函數(shù)關(guān)系式表達。通常對單根火炬管道可采用常規(guī)的可壓縮流體管道壓降計算方法,以管道入口處為計算壓降的起點,通過多次反復(fù)迭代試算可以計算出終點壓力和管道壓降;然而真實的火炬管網(wǎng)系統(tǒng),往往會有多個裝置同時泄放,這樣由于互相間的影響(各股物流交匯處的壓力必須相等),若仍以常規(guī)壓降計算方法沿流體流動方向進行計算,會使本來就很繁瑣的試差計算變得更加困難,甚至無法進行計算。這也一直是火炬排放管網(wǎng)設(shè)計的難點,國內(nèi)常采用半經(jīng)驗半理論的方法進行設(shè)計,與實際情況相比較易出現(xiàn)較大偏差,給裝置的運行帶來諸多隱患。近年來國外學(xué)者2計算網(wǎng)絡(luò)事務(wù)的原則2.1火炬管網(wǎng)放空數(shù)值測算根據(jù)等溫流動方程,對于可壓縮流體,有如下關(guān)系式:整理得:根據(jù)氣體馬赫數(shù)M的定義可知:摩擦系數(shù)f可由下式確定(需要迭代計算):計算出f后,結(jié)合式(3)(4)在給定泄放介質(zhì)參數(shù)和泄放管道直徑D、長度L的情況下,可求得在火炬管網(wǎng)中由于末端壓力往往是一恒定值(即出口壓力P當(dāng)多股物流泄放時,混合后相關(guān)物性參數(shù)可由下式確定:M—氣體馬赫數(shù);ρ—泄放介質(zhì)密度,kg/m下標(biāo)1、2表示泄放氣體管道的特性參數(shù);下標(biāo)i表示第i股泄放氣體的特性參數(shù)。2.2放空裝置的設(shè)計結(jié)果火炬排放管網(wǎng)壓降計算的步驟如下:(1)根據(jù)火炬排放管網(wǎng)連接情況,繪制管網(wǎng)簡圖,合理分段標(biāo)注每個節(jié)點代號,以利于逐段分析計算;(2)確定各段火炬排放管流量W、泄放溫度T、分子量Mg及絕熱指數(shù)K;(3)根據(jù)常規(guī)方法估算各段管徑(4)從火炬管網(wǎng)出口處或壓力恒定處開始,根據(jù)公式(4)計算出口流體馬赫數(shù)M(5)根據(jù)公式(5)(6)計算fL/D值,然后由公式(3)求得P(6)將下游管道的入口壓力作為上游管道的出口壓力,重復(fù)步驟(3)~(5),逐段計算至所有泄放裝置,求取管網(wǎng)各部分的壓力降;(7)根據(jù)計算得到的各泄放裝置的出口壓力和泄放裝置的最大允許背壓MABP(max.allowedbackpressure)來校核所有泄放裝置(通常為安全閥)的設(shè)計選型。如果安全閥最大允許背壓MABP小于出口處的壓力,則應(yīng)放大該泄放裝置下游管道尺寸以減小背壓;或改變安全閥型式使背壓滿足安全閥最大允許背壓的要求;如果安全閥最大允許背壓遠大于出口處的壓力,則可適當(dāng)縮小該泄放裝置下游管道尺寸以節(jié)省投資;如果安全閥最大允許背壓接近且大于出口處的壓力,則表明該管道尺寸合適,滿足要求。3在火炬?zhèn)鞲衅髟O(shè)計中應(yīng)用瀝青路將應(yīng)用3.1fli-工業(yè)模式的實現(xiàn)AspenFlare-net模擬軟件可以幫助工程師完成單一或多重火炬系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計、核算以及消除瓶頸分析,可以計算新火炬系統(tǒng)的最小管徑或消除已有泄壓網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。在控制壓力和噪音時也可以用Flare-net對整個火炬系統(tǒng)進行調(diào)整。Flare-net具備了直觀的工藝流程簡圖的操作環(huán)境,可以清晰、精確地呈現(xiàn)整個火炬網(wǎng)絡(luò)。一個典型的火炬系統(tǒng)一般由若干相互連接的部分組成,其中包括:泄壓閥、控制閥、管道、連接器(包括擴徑、縮徑、三通等)分離罐和火炬頭等3.1.1流程圖的輸入(a)使用了圖形用戶界面;(c)物流數(shù)據(jù)可由ASPENPLUS、HYSYS等軟件直接輸入;(d)增強了工藝流程圖的過程參數(shù)(如壓力、溫度、流量、馬赫數(shù)、噪音等);(e)設(shè)計了出錯報告,可以總結(jié)超出設(shè)計限制的情況。3.1.2該軟件的主要功能(a)模擬火炬或放空系統(tǒng);(e)多種工況管理,在單一的管網(wǎng)中允許多泄放源的管理。3.1.3管線的熱傳遞(a)設(shè)計的約束條件包括允許的背壓、馬赫數(shù)、噪音等;(b)依照APIRP521在計算中可以選擇排氣尾管的額定流量和壓降;(c)管線的熱傳遞計算:在不絕熱的情況下計算管線表面與環(huán)境的熱傳遞;(d)用泄壓閥和控制閥定義泄放源,可以選擇設(shè)計參數(shù),如允許的背壓、泄壓額定流量等;(g)火炬頭的定義壓降曲線。3.2低壓火炬氣排放源和排放背壓火炬管網(wǎng)計算,實際上指的就是火炬管網(wǎng)的水力學(xué)計算。對于新建工廠,就是要確定管網(wǎng)中泄放設(shè)備出口管線、火炬支管和火炬總管的尺寸,使得管網(wǎng)中各處的壓力與流速能夠滿足相關(guān)規(guī)范和項目規(guī)定。對于改建或擴建項目,則是根據(jù)現(xiàn)有管網(wǎng),計算管網(wǎng)中壓力和流速,從而評估原有火炬管網(wǎng)中的管線是否夠用。如果存在問題,而修改已有管線比較困難時,就要考慮如何通過設(shè)計減小泄放量,盡可能利用原有管線的能力。下面介紹一個在改擴建項目中,利用Flare-net評估原有火炬管網(wǎng)系統(tǒng)是否夠用的實例。某石油煉化一體化公司的一個原低壓火炬系統(tǒng)的設(shè)計工況見表1。此低壓火炬系統(tǒng)用Flare-net模擬的簡圖及結(jié)果見圖1。從表1和圖1的核算結(jié)果可知:設(shè)計工況下,聚乙烯裝置(PE)的界區(qū)出口壓力為1.1658bar,界區(qū)處排放背壓為1.15368bar,聚丙烯裝置(PP)的界區(qū)出口壓力為1.1658bar,界區(qū)處排放背壓為1.1427bar,該火炬系統(tǒng)的兩套排放源的排放出口壓力均大于各自的排放背壓,即說明事故工況下該火炬系統(tǒng)的兩套排放源裝置均可安全泄壓,該火炬系統(tǒng)的設(shè)計是合理的。同時,該火炬系統(tǒng)的兩套排放源同時排放時的排放量為10721+2172=12893kg/h,LP-C火炬系統(tǒng)的設(shè)計能力即處理能力為14000kg/h,LP-C火炬系統(tǒng)的設(shè)計能力有余量1107kg/h(14000-12893kg/h)?，F(xiàn)該公司的另一裝置(乙烯裝置)由于改擴建的原因,有一低壓火炬氣需要排放,其條件見表2所示。根據(jù)新增低壓火炬氣的裝置界區(qū)出口壓力,利用圖1所示的原聚烯烴低壓火炬系統(tǒng)的Flare-net(Version2006.5)計算模型,根據(jù)配管專業(yè)推薦的接入位置,對火炬系統(tǒng)的壓降和背壓進行核算,核算結(jié)果見表3。此時低壓火炬系統(tǒng)用Flare-net模擬的簡圖及結(jié)果見圖2。從表3和圖2的核算結(jié)果可知,乙烯裝置安全泄放的低壓火炬氣排放至低壓火炬系統(tǒng)后,聚乙烯裝置(PE)的排放背壓從原來的1.15368bar上升到1.15566bar,聚丙烯裝置(PP)的排放背壓從原來的1.14270bar上升到1.14471bar,兩套裝置的排放背壓均略有上升,但此兩套裝置的排放背壓(聚乙烯裝置的排放背壓1.15566bar,聚丙烯裝置的排放背壓1.14471bar)均小于各自對應(yīng)的裝置界區(qū)出口壓力(聚乙烯裝置的界區(qū)出口壓力1.1658bar,聚丙烯裝置的界區(qū)出口壓力為1.1658bar,乙烯裝置安全泄放的低壓火炬氣界區(qū)出口壓力1.1958bar也大于其排放背壓1.07865bar)。同時,該火炬系統(tǒng)的原兩套排放源和新加排放源同時排放時的排放量為10721+2172+500=13393kg/h,而LP-C火炬系統(tǒng)的設(shè)計能力即處理能力為14000kg/h,LP-C火炬系統(tǒng)的設(shè)計能力仍有余量607kg/h(14000-13393kg/h)。上述計算結(jié)果表明,該低壓火炬系統(tǒng)即使在三套裝置同時發(fā)生事故泄放工況時,也能完全滿足安全泄壓要求。所以在不改變原有火炬系統(tǒng)管網(wǎng)管線的基礎(chǔ)上,根據(jù)配管專業(yè)推薦的接入位置,該股新增低壓火炬氣接入原低壓火炬系統(tǒng)是可行的。4火炬系統(tǒng)管網(wǎng)的核算本文介紹了AspenFlare-net軟件在火炬管網(wǎng)設(shè)計分析中的計算原理和計算步驟,并簡要介紹了軟件的主要特性、主要功能和軟件的計算選項等。通過對一改擴建項目中新增的低壓火炬排放氣排放至原低壓火炬系統(tǒng)進行火炬管網(wǎng)壓力降核算分析,核算結(jié)果表明原火炬系統(tǒng)管網(wǎng)無需任何改造,即可滿足改擴建后新增加的低壓火炬氣的安全排放要求。式中各符號含義如下:A—管道截面積,mf—摩擦系數(shù);D—管道直徑,m;u—氣體流速,m/s;L—管道當(dāng)量長度,m;uε—管道粗糙度,m;Mg—氣體分子量;μ—泄放介質(zhì)黏度,cP;P—氣體壓力,kPa;R—通用