海上石油平臺(tái)泄壓工況分析

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摘要:文章闡述了海上石油平臺(tái)生產(chǎn)流程的泄壓基本原理，分析了泄壓閥的應(yīng)用條件和設(shè)計(jì)原則，并對(duì)各種泄壓工況和注意事項(xiàng)進(jìn)行說(shuō)明，為不同海域海上石油平臺(tái)的工藝設(shè)計(jì)提供參考，確保海上生產(chǎn)系統(tǒng)和操作人員的安全。

關(guān)鍵詞:海上石油平臺(tái);泄壓原理;泄壓工況;泄壓閥

在正常工況下，海上平臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備充滿了高壓烴蒸氣和生產(chǎn)流體。在火災(zāi)等緊急工況下，這些高壓的烴蒸氣和流體的壓力升高，存在引起平臺(tái)爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。因此，安裝自動(dòng)壓力泄放裝置在確認(rèn)探測(cè)到火氣時(shí)開(kāi)始緊急泄壓就變得尤為重要。壓力泄放裝置可快速將高壓烴類流體泄放到海上平臺(tái)處理系統(tǒng)，從而降低平臺(tái)爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。一般用于平臺(tái)壓力泄放的裝置為泄壓閥(BDV)，泄壓閥下游應(yīng)安裝限流孔板，所有出口管線應(yīng)通往火炬或放空系統(tǒng)。

1泄壓原理

壓力泄放的工況為火災(zāi)工況和減壓工況時(shí)，泄放速率應(yīng)滿足在15min內(nèi)將罐體泄壓到690kPaG;在發(fā)生池火時(shí)，壁厚超過(guò)2．54cm的碳鋼罐體可考慮將壓力從初始?jí)毫抵猎O(shè)計(jì)壓力的50%。

2泄壓閥(BDV)

泄壓閥應(yīng)安裝在生產(chǎn)系統(tǒng)中適當(dāng)位置，以滿足整個(gè)工藝流程中設(shè)施的安全泄放。泄壓閥需采用“故障開(kāi)(FO)”型，泄壓閥下游應(yīng)設(shè)置限流孔板且安裝手動(dòng)隔斷閥。設(shè)計(jì)中應(yīng)核算泄壓過(guò)程中的背壓，以確保排出管線上任意點(diǎn)的壓力不超過(guò)設(shè)計(jì)壓力。當(dāng)泄壓出現(xiàn)低溫工況時(shí)，考慮到熱傳導(dǎo)，孔板上游管線應(yīng)采用低溫材料，低溫材料管段長(zhǎng)度建議不小于500mm且應(yīng)附有適當(dāng)?shù)墓芫€說(shuō)明。典型泄壓閥連接方式如圖1所示。

3泄壓工況分析和注意事項(xiàng)

3．1火災(zāi)報(bào)警時(shí)自動(dòng)泄壓工況

當(dāng)海上平臺(tái)火氣探測(cè)系統(tǒng)確認(rèn)探測(cè)到火焰后，泄壓裝置將進(jìn)行自動(dòng)泄壓。泄壓閥尺寸的計(jì)算應(yīng)基于以下假設(shè):火災(zāi)工況下，生產(chǎn)系統(tǒng)所有物流已停止進(jìn)出，系統(tǒng)內(nèi)部工藝熱源也已關(guān)閉。泄放過(guò)程中應(yīng)考慮火源持續(xù)存在的熱輸入，使液體持續(xù)蒸發(fā)。在計(jì)算泄放量時(shí)，假設(shè)火災(zāi)開(kāi)始時(shí)設(shè)備初始?jí)毫μ幱谳^高的操作壓力。為了確定氣體泄放流量，需要估算此生產(chǎn)系統(tǒng)中液體和氣體的體積，系統(tǒng)里存在液體時(shí)，火災(zāi)下的液體汽化增加了正常的泄放載荷。這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)包括處于該火區(qū)中的設(shè)備，以及雖處于該火區(qū)外但在正常操作條件下與火區(qū)內(nèi)設(shè)備相連通的設(shè)備，應(yīng)取暴露于火焰中的各個(gè)設(shè)備被內(nèi)部液體沾濕的表面積作為產(chǎn)生蒸氣的有效表面積。計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮以下因素:(1)由于壓力降低導(dǎo)致的液體閃蒸產(chǎn)生蒸氣;(2)從火焰中吸收熱量使液體蒸發(fā)產(chǎn)生蒸氣;(3)由于壓力降低、溫度上升造成的內(nèi)部蒸氣密度發(fā)生變化。

3．2手動(dòng)泄壓工況

在平臺(tái)生產(chǎn)系統(tǒng)中，除了設(shè)置自動(dòng)泄壓閥，還可設(shè)置手動(dòng)泄壓裝置，允許設(shè)備在沒(méi)有啟動(dòng)自動(dòng)泄壓的時(shí)候手動(dòng)泄壓。手動(dòng)泄壓操作需要安裝一個(gè)手動(dòng)隔離閥，其下游應(yīng)配有一個(gè)節(jié)流裝置用來(lái)控制泄壓流量。

3．3計(jì)劃維修時(shí)泄壓工況

平臺(tái)工藝管線和設(shè)備應(yīng)在適當(dāng)位置設(shè)置手動(dòng)泄壓閥門(mén)，以便該管線和設(shè)備在維修時(shí)進(jìn)行泄壓和放空，安全進(jìn)行后續(xù)操作。

3．4海管泄壓工況

如平臺(tái)停產(chǎn)或海管再啟動(dòng)時(shí)隨著溫度的降低，海管存在產(chǎn)生水合物的風(fēng)險(xiǎn)，通往平臺(tái)的海底管線一般需設(shè)置自動(dòng)或手動(dòng)泄壓裝置。

3．5低溫工況和材料選擇

在泄壓過(guò)程中，由于焦耳—湯姆遜效應(yīng)伴隨著氣體膨脹，會(huì)導(dǎo)致流體產(chǎn)生泄放低溫。泄壓閥上下游需要考慮低溫泄放時(shí)所導(dǎo)致的最小溫度。平臺(tái)應(yīng)急或計(jì)劃關(guān)斷后，若設(shè)備沒(méi)有立刻泄壓，壓力容器內(nèi)的介質(zhì)會(huì)逐漸降低，甚至降低到最低環(huán)境溫度。低溫泄放工況要求泄壓閥出口管線和下游系統(tǒng)使用耐低溫材料，受影響的火炬系統(tǒng)管線和設(shè)備，也需要采用低溫管線材料。當(dāng)預(yù)測(cè)到泄壓會(huì)產(chǎn)生低溫時(shí)，可選用碳鋼、低溫碳鋼、316L不銹鋼、雙相不銹鋼或625鎳合金管線材質(zhì)。對(duì)于泄壓低溫造成材料選擇困難的情況，可要求在適當(dāng)?shù)臏囟认滦箟?，避免產(chǎn)生過(guò)低溫度，具體泄放溫度根據(jù)所選材料的耐受溫度推算，應(yīng)在相關(guān)位置上設(shè)置低溫報(bào)警提醒操作人員手動(dòng)操作，或設(shè)置低溫變送器觸發(fā)自動(dòng)泄壓。

4結(jié)束語(yǔ)

安全泄壓是保障海上平臺(tái)安全生產(chǎn)必不可少的環(huán)節(jié)，明確泄壓工況選擇適合的泄壓裝置和管線配件材質(zhì)應(yīng)用于生產(chǎn)，對(duì)確保生產(chǎn)系統(tǒng)和操作人員的安全具有重要意義。

作者：顧琳婕 周鵬 曾樹(shù)兵 余智 李偉 單位：海洋石油工程股份有限公司