天然气站场放空系统有关标准的解读及应用-.pdf

{ I { G s嘲w l油 每 缡 运 l1 1 天然气站场放空系统有关标准的 解读及应用 佘洋黄静陈杰昝林峰 中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司 摘 要 放空 系统是天然气站场安全设施 的重要 组成部分 ， 其设 置应严格遵循相关标 准规范， 通过各种 工况分析确定。 结合川渝气 田在放 空系统设置 的实际情况和应用经验 ， 根据 目前工程集输设备设置 及技术水平 ，通过合理解读 国 内现行标准 G B 5 0 1 8 3 2 0 0 4 、 G B 5 0 3 5 0 - 2 0 0 5 、 G B 5 0 2 5 1 2 0 0 3中的相 关规定 ， 并 加 以分析论述 ， 提 出适 合现 阶段工程设 计的推荐性做 法 ， 以提高对 天然气站场 放空 系统 的认知或者优化该部分 的设计 。 关 键 词 标准 ； 解读 ； 放 空系统 ； 设计 负荷 ； 系统设置 文献 标识 码 A 文章 编号 1 0 0 6 5 5 3 9 2 0 1 1 0 5 0 0 1 1 - 0 4 0前 言 放 空系统是天然气站场安全设施 的重要组成 部 分 ， 其完善与否关系到输气管道和处理装置的平稳运 行和人民生命财产及国有资产的安全。随着各类大型 气田的开发 ．长距离高压大 口径管道工程 的建设 ， 在 处理气量 大 、 压力高 、 酸性介质含量高 以及系统复杂 的天然气工程设计中， 泄放 系统设置问题更加突显。 目前 国内相 关 规 范对 集 输 、 长 输管 道 工 程泄 放 系 统的放空量均未作详细要求 ， 造成放空系统的设置不 一 。另外 ， 由于国家安全要求 日益严格 ． 对放空系统的 配置越来越完整和复杂 ， 导致该部分投资加大。因此 在设计 审查时， 常有专家对设置提出质疑。 结合工程实际情况 ， 对 国家现行相关标准进行解 读 ，以提 高对该部分设置 的认知或者优化该部分设 计 ， 适应当前工程建设的要求。 1 对标准 的解读 国内集输 、 长输管道工程设计与放空系统有关的 设计类标准 G B 5 0 3 5 0 2 0 0 5 油气集输设计规范 以 下简称 集输规范 、 G B 5 0 2 5 1 2 0 0 3 输气管道 工程 设计规范 以下简称 输气规范 分别在 6 ． 6章节“ 安 全泄放” Ⅲ和 3 。 4章节“ 输气管道的安全泄放 ” 对集输 系统 、输气管道工程放空系统设 置和要求进行 了规 定 。而 G B 5 0 1 8 3 2 0 0 4 石油 天然 气工 程设 计 防火 规 范 以下简称 防火规范 从 防火安全间距等方面 对放空设备设置的必要性 、 放空设备 的间距 、 位置等 进行了规定 ， 集输规范 和 输气规范 均要求执行该 规 范 的规定 。 收稿 日期 2 01 1 0 2 2 0 基 金 项 目 中国石油天然气集 团公司资助项 目 2 0 0 6 7 9 E 作者简介 余洋 1 9 7 8 一 ， 男 ， 重庆开县人 ， 工程师 ， 学士 ， 2 0 0 1 年毕业于重庆大学城市燃气工程专业 ， 现从事油气储运工程设计工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 天 然与 与 石油j 2 0 1 1 年1 0 月 N AT UR ALGAS A ND O I L I 1 ． 1 对设 计类 标准 中放 空要 求 的解读 1 ． 1 ． 1 安 全截 断 的要求 集输规范 及 输气规范 在安全截断方面进行 了强制性要求 ， 符合 “ 先截断后放空 ” 的原则 ． 以控制 放 空量 ． 避免 不必 要 的放空 影 响安 全泄 放 的关 键 因 素均 为超 压 ， 而 防止超 压 继 续扩 大 的主要 手段 就是 安全 截断 。规 范 重点在 于对 T艺设置的要求 ， 而工艺配置与 自动控制系统配置紧 密相关 ，超压时系统应 由压力变送 器提供压力高报 警 ， 压力超高与紧急截断阀 井 口安全截断 阀、 进出站 截断阀 联锁 ． 以关断气源。具有较高 自控水平的工艺 系统 ， 可 减少 放空 几率 或 者避 免放空 。 1 ． 1 ． 2安全泄放的要求 两个规范针对安全阀的设置作了规定 ， 其 中重点 是安全阀对容器或者管道 的超压保护以及安全 阀设 定 压力 的规 定 作为保护系统超压的最后一道屏障 ， 安全 阀应保 证在规定的范围内正常开启 ， 以避免设备或者管道发 生 爆炸 。安全 阀可 以保护 一 个设 备 或整 个 系 统 ， 且应 尽量靠近被保护设备 ， 被保护设备应满足在发生事故 时无任何 与安全 阀相通的隔断设施 。 输气规范 规定 了安全阀后泄放管的设置原则 ， 该 规定 是 基于 对放 空背 压 的控制 。由于 闭式 系统 的安 全 阀、 E S D放空阀等紧急放空阀件突然开启 ，阀芯部 位气体处于 临界状态 ， 当放空量足够大时 ， 会形成较 高的背压 H ] 安全阀的选型与背压相关 ， 若背压太大 ． 超压时不能完全开启 ， 将影响放空速率 ， 系统超压将 不能 有效 缓 解 若 阀后 管径 太 小 ， 放 空 速 度 太大 ， 放 空 阀后的反作用力可能对管路形成巨大冲击力和破坏。 另外 ， 输气规范 规定了紧急截 断后 ， 站场 内应 该实 现 放 空 阀打 开 的 控 制 功 能 ] ， 通 过 E S D放 空 ， 不 仅 呵以减少安全阀起跳的几率 ， 也可以保证在火灾情 况下 安全 泄压 1 ． 1 3 放空火炬及放空管设置的要求 两 个 规范 对 放 空 火 炬 及 放 空 管 设 置 的要 求 均 执 行 防火 规范 ， 无 较 多描述 。 1 ． 2对 防火规范 中放空要求的解读 作为安全相关的国家标准 ， 规范对放空系统相关 的设 置属 于强制性条文 ， 必须严格执行 ， 标 准中对放 卒设施的强制性条文满足了放空系统 的完整性 、 有效 性 和安全 性 1 ． 2 ． 1 火 炬／ 放 空管 防火 间距 的要 求 规 范 规 定 了火 炬 和 放 空 管 与石 油 天然 气 站 场 的 间距 。放空气体的燃烧对周围影响通过辐射热确定 ， 目前内部集输 、 长输管道工程用 以确 定热辐射强度的 参数为 4 ． 7 3 k W／ 1 1 1 和 1 ． 5 8 k W／ m ， 根据现场 的操作要 求选取 。由于携带了可燃液体 的放空气体燃烧可能不 充分 ，因此该规范对该情况在平面布置上考虑了 6 0 ～ 9 0 m 间距 的特别 规定 。 1 ． 2 ． 2 火炬 尺 寸 的要 求 火炬尺寸的设置及计算遵循 A P I R P 5 2 1 泄压和 减压系统导则 的规定 ， 考虑 了放空速率 以马赫数为 基准 对燃烧的影 响来确定放空管管径 ． 并采用燃烧 引起的辐射热来确定火炬的高度等。 1 ． 2 - 3 放空设施 的要求 放空气体中夹带的液体会降低燃烧效率 ，并增加 被还原的硫化物 、 烃类 ， 以及不完全燃烧所生成的其它 产物的总量。因此 ， 无论是临时性的 试井 或是永久性 的火炬系统 ， 若放空气体 中存在液态烃 、 水 ， 或其它液 体从实际工程角度考虑， 要求必须设置放空分液罐。 以上标准 ，是对放空系统工程设计的基本要求 ， 而在实际工程设计中 ，需要考虑的因素要 复杂得多。 目前 ． 国 内三个 规范 对放 空 系统 的最 大处 理 量 的规 定 还存在一定 的空白， 也未出台事故分析准则 ， 因此 ， 现 行工程放空系统设计大多借鉴国外规范。 2放 空系统配置 2 ． 1 功 能设 置 火炬放空系统一般用 于设备检修 和紧急状态放 空 ， 是保 障工艺装置安全生产 的辅助设施 ， 以减少放 空天然气对环境 的污染 。主要 由放空管线 、 放空分液 罐 输气管道工程可不予设置 和放空火炬／ 管组成 。 内部集输工程 放空火炬设有火炬头 、阻火设施 分子封／ 阻火器 、 长明灯 、 点火系统等。 放空分液罐中 凝液定期用泵装车送至集 中处理 ； 长输管道工程 由于 气质情况较好 ， 放空气可以直接去火炬燃烧。 2 ． 2 工艺设 备 2 ． 2 ． 1 火炬／ 放空 立管 放空火炬的尺寸应通过放空量进行计算确定 ， 为 保证放空气体的充分燃烧 ， 泄放时马赫数不超过 0 ． 5 。 在处理气量大 、 处理压力高 的工况下 ， 可采用高压火 炬减少火炬及各级放空管线 的直径。但背压增高 ， 放 空管线压力等级将有所增加 ， 因此需根据各l丁程具体 的放空气量从经济及操作上进行综合 比较后决定。 在实际工程建设 中， 对于放 空量较 小 、 人烟稀 少 的位置 ． 根据工程特点 ， 也存在气体直接放空 ， 选择 只 设置放 空立管 ，其前提条件是不引起火灾或爆 炸危 害 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I I 。。 L A N。 GAs TR ANsP。R T 。N 卷 T l油 号 储 运 l 1 3 2 ． 2 - 2 放 空分 液罐 放空分液罐应满足 的工艺设计 条件是分离气体 中直 径 大于 3 0 0 Ix m 的液滴 ， 其位 置 可有 三 种选 择 ， 站 场 围墙 内 、 火 炬 区 以及 放 空管 线 的最低 点 。 2 ． 2 - 3阻火设 施 长输管道工程通常采用阻火器 ； 内部集输系统阻 火设施 有阻火器 和分子封 或者动密封 ， 较少使用 ， 后者需要的配套系统较多。采用阻火器时 ， 若放空气 中杂质较 多 ． 宜设带有爆破片的旁通放空管路 ， 以防 止阻火器堵塞之后放空系统憋压。 2 ． 2 ． 4 点 火设 施 点火 系 统 的设 置 可考 虑 电点火 和 手 动 点火 ， 便 于 人员到场后操作 。 长明灯主要用于外传火或者内传火 系统 的辅 助 点火 。 3川渝气 田放 空系统设 置情况 3 ． 1 应用 情 况 川 内早期 开发的气 田。除含有凝析油 的气井 以 外 ， 均未采用放空分液罐 。新疆气 田单井放空设置较 为简单 ， 而集气站均设置了放空分液罐。近年来 ， 随着 对工程 建设 安全 防范 的加强 ， 对于产水 、 产凝析油气 田， 集输站场放空系统均要求设置放空分液罐 。四川 I 气 田受地形及 占地 的限制 ， 通常将放空分液罐设置 于 站 内 ， 放 空 管线 难 免存 在 低 点积 液 。 目前 正 处 于设 计 阶段 的川 I 东北高含硫气 田采用 了放空管线架空坡 向 放空分液罐的安装方式 ， 避免 了管线积液问题 。 川渝地区常规气 田对火炬头的设置较为简单 ， 较 多采用了阻火器 ， 未采用分子封。 在高含硫气 田工程中 ，为保证安全和环境保护 ， 必须 将 排放 气 中 H2 S和 可燃 气 体 引入 火 炬燃 烧 ， 燃 烧 产物 中的 S O 在达 到国家允许 排放浓度 的情况下直 接排放至大气。为确保排放气点燃和充分燃烧 ， 在火 炬 顶 部设 置 长 明灯 。对后 续 工 程 ， 应选 择 分 子 封作 为 首 要 阻火 设施 。 随着对高压气 田的开发 ， 对放空管线材质选择形 成 了新的认识 。高压气 田放空所带来 的问题就是放空 阀后温度过低 ， 某些工程通过计算高压放空 阀后温度 达到一 8 0℃以下 ，超过了一般碳钢所能承受 的范围。 近几年来 ，集输气 田放空系统针对低温工况采用 了 如 1 6 Mn 、 3 1 6 L等低温材质 ， 但也存在一定的争议 。 采 用 1 6 Mn材质 ， 其抗硫性能及承受低温范 围均有限制 ， 应对其 Mn含量进行限制 ；采用 3 1 6 L等不锈钢 的材 质会使工程投资大幅度上升 ， 但能够应对更为恶劣 的 低温工况 如低于一 4 0℃ 。国外含硫气 田对于操作温 度高于一 4 0℃的工况 ， 通常采用 A 3 3 3 G r 6牌号的材料 ， 该材料较 1 6 Mn材质有更好 的抗硫性能。 3 ． 2放 空火炬 的设 计 负荷 3 ． 2 ． 1 线 路 阀室放 空 阀室放空是在检修情况下进行 ，是人为手动操 作 ， 放空速率可 以通过放空阀的开度予 以控制。一般 管道 内气体放空时间越长 ，控制 的瞬时放空量越小 ， 放空系统设计处理量越小 。 设计应根据操作方对线路 检修时间的要求 ， 确定放空量。 3 ． 2 ． 2 站 场放 空 站场 自动放空形式有 E S D泄压放空 、 安全 阀泄放 两种形式。其中安全阀放空量的确定是一个复杂的过 程 ， 取决于工艺流程 、 自控水平及可靠度。放空系统设 计在 H A Z O P审查 中也占了很大的比重，放空量的确 定根据 A P I 5 2 1 泄压 和减压系统指南 ， 系统超压 的 因素较多 ， 适用于压力泄放和蒸汽减压系统 。为分析 超压 的主要原因、 确定单项释放量以及选择和设计放 空系统 ， 如设备、 火炬等提供了指南 。 对于放空系统设计负荷的确定 ， 应该预测整个站 场 发生 事故 情 况下 最 大 的泄 放量 ． 保 证 泄 放 时在 一个 宽的流量范围内系统运行 良好 ， 不对下游系统造成负 荷。若放空系统设置较小 ， 会导致放空时不能安全泄 放 ， 反而造成更大事故发生 ； 若放空系统设置较大 ， 将 造成 投 资增 加 。 通常 ，安全 阀的放空量 与站内紧急放空量不叠 加。若 自控程度较低 ， 不能在事故工况下有效截断， 安 全阀泄放量应考虑能够承受输入源 的量 。 放空时间是制约 E S D泄压放空量的重要 因素， 根 据 A P I 5 2 1的经验推导 ． 在火灾情况下 ． 紧急放空量按 对所有处理烃类设备在 1 5 mi n内将压力降至 6 9 0 k P a 表 或降至 5 0％容器设计压力 ， 取其 中较低值_ 6 j 。由 于 E S D放 空 阀通 常为 全开 全关 阀 ， 为 避 免 阀门全 开对 下游 放 空系 统 的冲击 ， 应 考虑安 装 限流孔 板 。 4 结束语 a 由 于放 空 系 统 对 安 全 的重 要 性 ， 应 得 到 设 计 、 建设及管理部门的足够重视。目前我国未出台专 门针 对放 空 系统 设置 的标 准 ． 为适 应 建设 需 要 。 A P I 5 2 1已 经翻译为石油行业标准 S Y ／ T 1 0 0 4 3 2 0 0 2 ，但该标准 的翻译存在不足 ， 且 A P I 5 2 1 早 已升版， 国内标准应加 强修改和跟进。 b 随着近年来高产 、 高压气 田的开发以及大规模 集气站 的建设 ， 高设计负荷导致火炬尺寸较大 ， 在现 场施工条件较差 的情况下 ， 应采取措施和考虑一定的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m } l l l 1 4 l 天 然 号 与 石 { 1 年 月 。 。 l i Pm AI L l 2 0 1 。 1 0NA TUR AL G AS A N D O I 费用 ， 如塔 架预 制 和 吊装 以及 场地 平整 等 。另外 ， 放 空 管 线 内 的积液 会 对放 空产 生 不利 影 响 ， 设 计 中应 避 免 放空管线 内积液 ．设计时使管线坡 向放空分液罐 ． 充 分发挥放空分液罐的作用 。 c 总的来说 ， 对放空系统 的设置 以往工程多凭经 验 ， 现今 更加 强调 系 统分 析 得 出的结 论 ； 另 外 ， 各 个 气 田对放空设施 的做法也有一定差别 ， 如新疆气 田人烟 稀少 ， 扩散条件好 ， 单井放空可依靠放喷池。四川 I 气 田 受地 形 条 件 、 周 围人 居 环 境 的 限制 ， 必 须 采 取行 之有 效 的措 施 ， 如 正确 选 择放 空 火炬 区位置 以及加 强 点 火 设施的可靠性 ， 确保安全。 参 考 文 献 [ 1 ] GB 5 0 3 5 0 2 0 0 5 ， 油气集输设计规 范[ s ] ． [ 2 ] G B 5 0 2 5 1 2 0 0 3 ， 榆气管道工程设计规 范[ s ] ． [ 3 ] GB 5 0 1 8 3 2 0 0 4 ， 石油天然气工程设计 防火规 范[ s ] ． [ 4 ] 余汉成， 陈 凤 ， 杨文川 ， 等． 超量放空时放 空立 管工 况分析 与垂直反力计算[ J ] ． 天然气与石 油， 2 0 0 9 ， 2 7 5 1 0 1 3 ． [ 5 ] s Y／ T 1 0 0 4 3 2 0 0 2 ， 泄压和减压 系统指 南[ s ] ． [ 6 ] s Y／ T 1 0 0 4 4 2 0 0 2 ， 炼油厂 压力泄放装置 的尺寸确定 、 选择 和安装的推 荐作 法[ s ] ． ≥ 笞 ； { { ； 蓦 上接 第 l 0页 分离段直径可做得较小 ， 效果好 ， 不需其它旋 流内构 件 ， 不用 检修 ， 节 约 投 资 ， 同样 达 到 了旋 流分 离 效 果 。 管式液相缓冲储存分离段除 了储液功能外 ， 也作为重 力分离元件使用 ， 其与二级气相重力分离段形成尺寸 更 大 的重 力分 离 装置 ，大大 增 加 了液 相停 留时 问 ， 充 分保障气液两相分离 ， 减小了二级气相重力分离段的 尺寸 。 管式液相缓 冲储存分离段与二级重力分离器之 间设置有多功能气液平衡连通 口， 该连通 口既能降液 又兼防气阻功能 ． 提高了二级气相重力分离段 的分离 效果 同时在二级气相重力分离段 中安装 了气体除雾 器 ． 减 少 气 相 带 液量 ， 这 种 新 型结 构 进 一 步 减 少 了 一 级 切 线 斜 入 式 旋 流分 离段 和二 级 气 相 重 力 分 离 段 的 尺寸 ， 提高 了分离效果 ， 结构设计容易且受力好。 此 外 ． 管 式液 相 缓 冲储 存 分离 段 上 的气 相平 衡 管 与二级气相重力分离段的接人位置高 ， 保 障了储液段 远端闪蒸气相能够顺利进行二级分离段 ， 减少液相含 气量 ． 有利 于下 游装 置液 相 处理 。 3 结论 本文通过分析现有段塞流捕集器结构形式及其 吾旦各星刍羁各 曼 技术缺点 ， 优化设计 了一种新型高效旋流段塞流捕集 器 ， 增加 了旋流分离段 、 管式液相缓冲储存分离段 、 二 级 气 相 重 力 分 离段 大 型构 件 ，改 变 人 口流 量 分 配 形 式 ， 减小分离段 的尺寸 ， 能够有效分离和捕集段塞 ， 运 行平稳 ， 解决 了混输管线段 塞流对生产 的影响 ． 保证 了生产 运行 的安 全 。 参考文献 [ 1 ] 王磊 ， 文海 蓉， 杨春林． 气液混输 管路段 塞流 的设计对 策 [ J ] ． 天然 气与石油 ， 2 0 0 8 ， 2 6 3 6 - 9 ． [ 2 ] 杨 勇， 宋德 琦 ， 向 波， 等． 组合 分 离式段 塞流捕集 器[ P ] ． 中 国专 利 ZL 2 0 1 0 2 0 2 5 9 8 7 3 ． 1 ， 2 0 1 1 0 1 - 2 6 [ 3 ]苏 欣 ， 潘亚 东， 章磊 ， 等． 油气管道 完整性管理 [ J ] ． 天然 气 与石 油 ， 2 0 0 8， 2 6 3 1 0 -1 4 ． [ 4 ] 王春瑶 ， 朱 丽静． 天然气凝析液混输管道段 塞流的控 制措 施 [ 1 ] ． 天 然 气 工业 ， 2 0 0 8， 2 8 1 1 1 0 6 1 0 7 [ 5 ]江 闯 ， 裴 丹萍 ， 田 园， 等 ． 基于 Ma t l a b的段 塞 流捕 集器 尺寸的优化设计 L 『 ] ． 广 州化工 ， 2 0 0 9 ， 3 7 6 1 6 { 一 1 6 1 ． [ 6 ] 詹德威． 管式多支座段塞流捕集器的设计 [ J ] ． 油气田地面 工程 ， 2 0 0 7， 2 6 7 1 0 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m