海上平臺(tái)火災(zāi)火炬泄放負(fù)荷計(jì)算

0火炬負(fù)荷的計(jì)算方法海洋平臺(tái)的火炬出口負(fù)荷直接決定了平臺(tái)火炬系統(tǒng)的能力和火炬臂的長(zhǎng)度。泄放負(fù)荷的傳統(tǒng)計(jì)算方法由受火的單個(gè)泄放源最大泄放流量加和確定，結(jié)果較保守，造成火炬系統(tǒng)能力偏大。動(dòng)態(tài)模擬方法能準(zhǔn)確反映泄放過(guò)程中各參數(shù)隨時(shí)間的變化，促進(jìn)對(duì)泄放過(guò)程的理解1井計(jì)量pla和生產(chǎn)水處理系統(tǒng)某海上采油平臺(tái)原油系統(tǒng)采用兩級(jí)脫水處理，工藝流程見(jiàn)圖1。井口物流經(jīng)油嘴降壓后進(jìn)入生產(chǎn)/測(cè)試管匯，需要單井計(jì)量的物流進(jìn)入測(cè)試管匯經(jīng)多相流量計(jì)（MFM）計(jì)量，進(jìn)入生產(chǎn)管匯，經(jīng)一級(jí)分離器處理到含水20%，二級(jí)分離器處理到含水0.5%，最后由原油外輸泵輸送到生產(chǎn)儲(chǔ)油船（FPSO）儲(chǔ)存，分離器處理后的污水進(jìn)入生產(chǎn)水處理系統(tǒng)。一、二級(jí)分離器在同一火區(qū)內(nèi)且相鄰布置，存在火災(zāi)同時(shí)泄壓的工況，且火災(zāi)工況泄放量決定火炬泄放能力2系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)加載計(jì)算模型2.1設(shè)備吸熱量的計(jì)算外部火災(zāi)引起設(shè)備內(nèi)液體汽化，造成設(shè)備超壓。安全閥需要泄放汽化產(chǎn)生的多余氣體，其泄放流量受火災(zāi)吸熱量和液相汽化潛熱影響，計(jì)算見(jiàn)式（1）。火災(zāi)吸熱量主要受著火燃料類型、火焰包圍程度（與容器大小和形狀有關(guān)）、環(huán)境因子、防火和排放措施影響。對(duì)于那些具有有效的滅火措施和易燃物排放系統(tǒng)的設(shè)備，其吸熱量采用式（2），考慮到設(shè)備本身保溫層對(duì)吸熱量的影響，對(duì)于單層隔熱層的容器，F(xiàn)因子采用式（3）計(jì)算。式中：W為安全閥泄放質(zhì)量流量，kg/s;Q為設(shè)備吸熱量，kW;H為泄放溫度壓力下的汽化潛熱，kJ/kg。式中：Q為濕潤(rùn)表面總吸熱量，kW;F為環(huán)境系數(shù)；A式中：k為平均溫度下的隔熱層導(dǎo)熱系數(shù)，W/m·K；δ2.2破裂溫度對(duì)計(jì)算的影響容器在火災(zāi)中加熱升溫，設(shè)備材料強(qiáng)度相應(yīng)降低，當(dāng)材料強(qiáng)度低于最大允許工作壓力下的許用應(yīng)力時(shí)，設(shè)備有破裂風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)安全閥將失去保護(hù)作用，因此在模擬計(jì)算中泄放溫度應(yīng)限制在破裂溫度下。設(shè)備最大允許工作壓力下材料應(yīng)力見(jiàn)表1，常用碳鋼Q345R的高溫屈服強(qiáng)度2.3工藝參數(shù)各工藝設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2～4。2.4動(dòng)態(tài)模擬控制首先建立系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬，運(yùn)行穩(wěn)定后切換到動(dòng)態(tài)模式，輸入分離器、閥門(mén)、泵等參數(shù)，對(duì)分離器進(jìn)行壓力和液位控制（PIC和LIC控制），PID參數(shù)見(jiàn)表5,HYSYS動(dòng)態(tài)模擬流程見(jiàn)圖3。根據(jù)式（2)～(3），在Spread-Sheet輸入火災(zāi)吸熱自動(dòng)計(jì)算公式，建立火災(zāi)工況EventScheduler事故邏輯控制，在火災(zāi)工況發(fā)生時(shí)關(guān)閉分離器進(jìn)出口，并將火災(zāi)熱量給予分離器，進(jìn)行動(dòng)態(tài)泄放計(jì)算和模擬。利用StripChart監(jiān)測(cè)記錄分離器泄放溫度、壓力、液位，安全閥開(kāi)度、泄放流量等數(shù)據(jù)。3系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)發(fā)布性能結(jié)果和分析3.1消溫體系內(nèi)部溫度一、二級(jí)分離器壓力和液位在設(shè)定點(diǎn)（SP）下，動(dòng)態(tài)泄放中各參數(shù)曲線見(jiàn)圖4～5，由圖4～5可知：火災(zāi)安全閥泄放流量出現(xiàn)兩個(gè)峰值流量，一級(jí)分離器在3.4h出現(xiàn)第一個(gè)峰值，8.7h出現(xiàn)第二個(gè)峰值；二級(jí)分離器在2.5h出現(xiàn)第一個(gè)峰值，5.9h出現(xiàn)第二個(gè)峰值；發(fā)生火災(zāi)后，液體受熱膨脹體積增大，液位會(huì)短暫升高，隨著泄放持續(xù)進(jìn)行，液位呈持續(xù)下降趨勢(shì)；隨著火災(zāi)吸熱量的不斷輸入，分離器內(nèi)溫度不斷升高，由圖2可知，溫度達(dá)到300℃，材料屈服強(qiáng)度約等于最大允許工作壓力下的材料應(yīng)力，因此泄放溫度限制在300℃；分離器受火加熱后，物料不斷膨脹，壓力升高，在安全閥設(shè)定壓力點(diǎn)，安全閥開(kāi)始打開(kāi)，達(dá)到設(shè)定點(diǎn)壓力1.21倍3.2基于敏感性分析的初始?jí)毫Α⒃O(shè)備尺寸影響因素泄放流量受物流組分、起始?jí)毫?、起始溫度、起始液位、設(shè)備尺寸等因素影響，物流組分、起始溫度、設(shè)備尺寸屬于確定因素，而起始?jí)毫捌鹗家何煌谝欢ǚ秶鷥?nèi)波動(dòng)，需要對(duì)這兩個(gè)變量進(jìn)行敏感性分析。3.2.1泄放流量的影響圖6～7是在相同壓力（SP壓力）不同液位下，泄放流量的變化曲線。由圖6～7可知，不同液位下，安全閥的起跳時(shí)間和產(chǎn)生的泄放流量均不同。液位越低，越先達(dá)到起跳壓力；液位越高，泄放流量越大，高高液位相比低低液位，泄放流量分別增加3375kg/h（一級(jí)）/1694kg/h（二級(jí)），增加幅度約94%和74%。因?yàn)橐何辉降?，罐?nèi)殘留的液相越少，氣液相變轉(zhuǎn)化時(shí)間越快；液位越高，沾濕面積越大，吸熱量越大，相變轉(zhuǎn)化為氣相質(zhì)量流量越大，因此泄放流量越大。3.2.2級(jí)分離器泄放流量大、壓力小圖8～9是在相同液位（SP液位）不同壓力下，泄放流量的變化曲線。由圖8～9可知，一級(jí)分離器在低低壓力下的泄放流量較大，而二級(jí)分離器在高高壓力下的泄放流量較大，不同壓力下的泄放流量變化較小。因?yàn)閴毫Σ煌_(dá)到相平衡的氣相和液相中的組分也不同，導(dǎo)致泄放流量有所差異，而分離器操作壓力的變化范圍不大，對(duì)氣液相平衡的組分影響較小?？紤]在正常工況下2臺(tái)分離器處于SP壓力下，因此將高高液位和正常壓力將作為安全閥泄放流量的最大工況，進(jìn)行系統(tǒng)泄放負(fù)荷計(jì)算。3.3泄放峰值的時(shí)間在高高液位和正常壓力下，重新進(jìn)行一、二級(jí)分離器動(dòng)態(tài)泄放模擬，得到系統(tǒng)動(dòng)態(tài)泄放負(fù)荷曲線，見(jiàn)圖10。由于一、二級(jí)分離器內(nèi)物料量不同，達(dá)到泄放峰值的時(shí)間也不同，即存在錯(cuò)峰現(xiàn)象。由3.1節(jié)可知，動(dòng)態(tài)泄放溫度限制在300℃，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)泄放負(fù)荷曲線調(diào)整后見(jiàn)圖11。由圖11可知，一二級(jí)分離器只出現(xiàn)一次泄放峰值，對(duì)應(yīng)泄放流量分別為7864、4667kg/h，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)最大泄放流量為8368kg/h。表6對(duì)比常規(guī)加和法和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬法，可知系統(tǒng)動(dòng)態(tài)方法對(duì)火炬系統(tǒng)的影響，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬可以明顯縮減火炬系統(tǒng)負(fù)荷，降低設(shè)備和管線尺寸。4泄放流量敏感性分析通過(guò)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬方法，研究火災(zāi)工況下安全閥動(dòng)態(tài)泄放過(guò)程，得出如下結(jié)論：1）單分離器在整個(gè)泄放過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)峰值，由于設(shè)備材料的高溫屈服強(qiáng)度對(duì)泄放溫度的限制，第二個(gè)峰值位于該泄放溫度以上，將不考慮第二個(gè)峰值流量。2）對(duì)影響泄放流量的起始液位和起始?jí)毫蓚€(gè)因素進(jìn)行敏感性分析，結(jié)果表明起始液位對(duì)泄放峰值流量影響很大，液位越高，泄放流量越大，起始?jí)毫?duì)泄放流量的影響較小。3）在高高液位和正常