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兩相分離器火災工況安全閥動態分析

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劃總院2.中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司3.中國石油集團工程設計有限責任公司		點擊數：	更新時間： 2021年09月23日
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石油工程建設
工程設計
兩相分離器火災工況安全閥動態分析
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劃總院,北京100083
2.中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司,北京100085
3.中國石油集團工程設計有限責任公司,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工況下安全閥進行了動態模擬,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:隨著火災加熱時間的延長,原油的性質不斷變化,
僅根據安全閥設定壓力高于原油的初始狀態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因素會
有一定的局限性,對火災工況下安全閥的泄放應進行動態模擬分析;隨著原油含水率的上升,安全閥的起跳時
間呈現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考慮設備的最大液量之外,還應考慮含水
率的影響。
關鍵詞:安全閥;兩相分離器;火災工況;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,在容器或管道的壓力達到設定壓力時可自 HYSYS軟件動態模擬火災工況下安全閥的泄放,計
動開啟,及時排出超壓介質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放的影響進行了模擬和分析。
至關重要,如果安全閥計算工況分析不合理,則會導1兩相分離器基本參數
致安全閥尺寸過小或過大。尺寸過小,壓力介質排放
不及時,容易造成壓力設備受損;尺寸過大,會造成
兩相分離器的相關尺寸和工藝參數見表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
壽命。火災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定
部火災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。
26.4233.20.9520~454.0
第42卷第1期53
工程設計
石由工程建設
2 HYSYS動態模擬
3.00
2.50
本文采用軟件 HYSYS對火災工況下安全閥的泄
放進行動態模擬,分析兩相分離器內液相物流相包線
2.00+露點線
隨火災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、液介質接入兩相分離器中,按照分離
0.00
0100200300400500600
器的運行工藝參數建立模型,輸入分離器的基本參數
溫度℃
(如長度,直徑,正常液位值等),然后設置分離器
圖2動態模擬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
4.00
節閥,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1兩相分離器火災工的動態模型
1000100200300400500600
溫度℃
安全閥泄放模型建立后,點擊靜態運行,調試模
圖3動態模擬t=103min時液相物流相包線
型使得運算收斂。轉入動態模擬時,應先根據容器的
5.00
4.50
濕面積計算火災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,然后關閉分離器入口、液
相出口的閥門;當容器內的壓力達到安全閥設定壓
3.50點線
3.00
力時,將氣相出口調節閥的流量系數調到廠家推薦
點線
2.50
值,用調節閥取代安全閥,保證安全閥安全泄放。
2.00
1.50
2.2動態模擬結果分析
1.00
0.50
2.2.1液相物流相包線分析
0.00
動態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
min溫度壓力界臨界泡點線最高點線最高氣液兩相,沒有出現臨界狀態,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
但以往設計人員通常只根據安全閥設定壓力高于
1032622.535812434563.39
原油的初始狀態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因素,容易造成所選的安全閥
從圖2~4可以看出,隨著火災工況分離器加熱的尺寸偏小,因此在分析火災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,同時液建議進行動態模擬分析,不能只根據安全閥設定壓力
542016年2月
吳梁紅等:兩相分離器火災工況安全閥動態分析
工程設計
與初始狀態原油的相包線判斷。
低,當原油的含水率小于50%時,水會優先氣化,
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到安全
在相同原油處理量下,對原油含水率為0%、閥的設定壓力。如果含水率進一步提高,由于水的比
50%、90%時安全閥的泄放過程進行動態模擬,其熱容較大,分離器內介質流升溫速度將有所減慢,從
計算結果見圖5~7
而使水和原油的氣化速度降低,故分離器內氣相空間
450
4.5
達到安全閥設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,會優先氣化并且
50
0.5
隨著含水率的上升,這種現象會越來越明顯
0
0150020
0.050.0100.0150.0200.0
(3)對于火災工況下安全閥的尺寸計算,除了
時間/mn
應考慮設備的最大液量之外,還應考慮含水率的影響
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結束語
300
一泄放量
一溫度
3.00
250壓力
2.50
在分析火災工況下安全閥泄放時,僅根據安全閥
200
2.00
設定壓力與原油的初始狀態相包線判斷液體膨脹是否
≤兇
150
1.50
為其選型的主導因素有一定的局限性,建議進行動態
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
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。對于火災工況下安全
閥的選型計算,除了應考慮設備的最大液量之外,還
450
4.50
應考慮含水率的影響。
40
4.00
3.50
參考文獻
300
量
3.00
250
一壓
2.50
1馮傳令,楊勇原油容器安全閥火災工況泄放量動態模擬J石
2.00
油工程建設2006,32(6):9-12
150
1.50
2S/T10043-2002,泄壓和減壓系統指南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工況泄放的動
0
0.00
態模擬.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年畢業于中
從圖5~7可以看出:
國石油大學(華東)油氣儲運專業,碩士,現從事油田地面工程
(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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