FLARENET在天然氣裝置火炬管網設計中的應用

劉芳(北京沃利帕森工程技術有限公司,北京100012)

FLARENET在天然氣裝置火炬管網設計中的應用

劉芳(北京沃利帕森工程技術有限公司,北京100012)

本文闡述一種設計天然氣裝置火炬管網的途徑，即用模擬軟件FLARENET來進行模擬計算相應模型。并介紹了模型設計的原則，以舉例說明的形式分析了計算結果，并且通過比較實際火炬設計來證明該軟件設計的可行性。

FLARENET應用；火炬；安全閥

計算軟件FLARENET可以模擬多種類型的火炬管網，用于網狀泄放系統計算。本文使用該軟件計算天然氣裝置的火炬的不同泄放工況，而且該模擬已經有相應的實際應用。

1 專業術語

1.1 排放壓力PD和定壓PS

定壓為安全閥整定壓力簡稱，使閥瓣剛打開時的入口壓力。系統必須處于該壓力下，才能有可測的起始值，即開啟高度，其測量介質為連續狀態[1]。在閥門設計原則中，為了保證安全，管道設計壓力一般要求高于安全閥的定壓。

安全閥中的閥瓣達到開啟狀態時的入口壓力成為安全閥排放壓力[2]，在此定義超壓ΔPO,為排放壓力和定壓的差值，也稱作超壓百分數。按照國內標準，普通工況下超壓通常為定壓10%；火災工況下，超壓不得高于定壓16%。

1.2 安全閥被壓Pb

排壓和定壓皆為入口壓力，于此類比，定義安全閥出口的壓力為安全閥背壓，背壓細分為積聚背壓和附加背壓[1]，通常情況，附加背壓較小，因為是安全閥開啟前在出口位置存在的壓力，可能為系統中水封等靜壓，或者其他泄放源產生。閥門開啟后，介質通過安全閥在后，在火炬管網流動會遇到阻力，這種流動阻力即為積聚背壓。本文中FLARENET所計算的背壓是總背壓。

1.3 馬赫數Ma

為了確保經濟合理，火炬氣排放管中的介質速度很快，同時不能超過背壓的允許范圍，為了來定性比較火炬管線流速的高低，引入馬赫數，其定義如下：

馬赫數Ma=U/Ua其中Ua=103（kPd/Gg）

U——介質流速

Ua——聲速

Pd——介質壓力

Gg——介質密度

K——絕熱指數

設計要求火炬,總管馬赫數通常小于0.5，支管小于0.7。

2 火炬管網模型設計原則

用FLARENET設計火炬管網模型時，應當先火炬氣成分有大體了解，在軟件物性庫中選取天然氣中有幾率存在的各種烷烴類物質，定義管道材質，導入阻降系數，同時要設定不同管道的馬赫數要求，以及一些基本常用的參數，如泄放工況等。基本參數設定完成即可著手裝置模型的搭建工作，根據設想構建火炬的總管和支管，以及安全閥門的位置，但要確保裝置的可行性。管道尺寸在設計時可以根據經驗設置初始值，先入為主利用軟件進行核實，也可以暫時不給出。

3 結果分析

下面進行案例分析，對象1是100萬t/a天然氣裝置火炬管網，以軟件得到的結果做出解析。僅以天然氣作為管網的設計標準，以天然氣裝置界區點作為計算起點，壓力是0.15MPa。

火炬管網的收集系統分為干、濕兩個部分，收集不含水同時溫度比較低的為干火收集系統，收集含水的，氣溫較高的為濕的收集系統，總管布置應當以火炬氣走向來確定，同時還要考慮設備的布置。為了確保系統更加有安全保障，考慮到火炬氣經過儀表聯鎖后排氣會減少，并且會有部分儀表減排失敗，在計算大工況的工作條件下，總量應當是減排后流量再加上一個額外的流量，額外流量為減排失敗的排放量。

將廠家結果和軟件得出結果對比分析，FLARENET計算得的火炬總管的各類數據，其中干火炬排量和已投產100萬t/a基本相符，但是對于濕火炬排量，對象1天然氣遠比對象2天然氣大。總管直徑對象1比對象2要小，這樣，既能保證安全又可以保證更加經濟。與此同時，通過軟件計算得到的安全閥門的型式和排量都能與廠家的數據相類似。

考慮到火災情形，若以最大泄放工況下的臨界值0.15MPa作為界區臨界壓力值得到的安全閥背壓值和實際值相比，結果將會偏大，以此選擇安全閥反而會更加安全可靠。但是以此安全閥計算得到的支管流速將會提高，因為在實際的情況下，界區點壓力會小于0.15MPa導致安全閥開啟式進出口壓差巨大。

4 結語

綜上所述。使用FLARENET軟件進行天然氣火炬管網設置是非常可行有效的，不僅可以保證火炬安全，而且可以大大降低人力物力等成本，運用前景非常廣闊。

[1]T－PE005111C－2008，安全閥計算、選型與設置導則[S].

[2]李兆嶺，安全閥在鍋爐壓力容器中的使用要點分析[J].中小企業管理與科技,2012.1:P310—P310