复杂物系压力容器安全阀泄放过程的HYSYS动态模拟VIP

第 2 8卷第 6期 2 0 1 0年 1 2月 天 然 气 与 石 油 Na t u r a l Ga s An d Oi l V0 1 28 No 6 De c 2 01 0 复杂物 系压力容器安全 阀泄放过程 的 H Y S Y S动态模拟 陈文峰 ， 刘培林 ， 郭 洲 ， 倪 浩 ， 曾树兵 ， 余 智 ( 海洋石油工程股份有 限公 司设计公 司 ， 天津 3 0 0 4 5 1 ) 摘要： 通过建立的 H Y S Y S动 态模型 ， 清晰地模拟 出了某三相 分离器压 力安全阀在火灾工 况下的泄放过程 ， 得 出了火灾工况下设备 的最大泄放 量及对应的物性参数， 为复杂物 系压力容 器安全阀的计算及选型提供 了有益的参考。 关键词： 复杂物 系； 压力安全 阀； H Y S Y S动态； 泄放量 文章编号 ： 1 0 0 6 - 5 5 3 9 ( 2 0 1 0 ) 0 6 - 0 0 5 5 - 0 3 文献标识码 ： A 0 引言 石油工业上常用 的三相分离器 ， 处理 的是具有 宽沸点范 围的多元混合物。在火焰连续燃烧下 ， 容 器内流体 的温度以及压力逐渐升高 ， 当达到设定点 时压力安全阀 P S V打开， 开始泄放。在泄放压力下 温度继续升高 ， 各组分按沸点由低到高逐渐汽化 ， 溶 解的蒸气受热后也从液体中释放出来 。 火灾工况下， 随容器 内蒸气的泄放 ， 容器内的蒸 气及液体组成是变化 的， 温度和潜热值也是变化 的， 蒸气泄放的最大量不仅取决于吸热率 ， 也取决 于容 器内各种组分 的实际组成 以J ， 因此采用常规方法 P S V的最大泄放量及泄放流体的特性参数都是很难 确定的。对于有着宽沸点范围的多元混合物 ， 必须 建立与时间有关的模型 ， 才有可能计算 出蒸气最大 的泄放量 。 HY S Y S是 H y p r o t e c h公司推出的一款石油化工 模拟软件 ， 广泛应用 于石油化工 的静 态模拟 ， 本 下安全阀的泄放过程进行模拟 。 1 压力容器安全 阀火灾工况的动态 模 拟 1 1 火灾工况下设备的吸收热 根据 A P I R P 5 2 1 ，当容器 表面暴露 于火灾 中 时， 容器内液体湿润的表面是产生蒸气的有效面 积。对于那些具有有效 的灭火措施和容器有易燃物 排放系统的情况 ， 吸收的热量 J ： Q = c l F A w s 。 。 式中p 湿润表面总吸热量 ， W； C 计算系数 ， 4 3 2 0 0； 卜环境系统 ， 对于裸露容器为 1 ； s 总湿润面积 ， m 。 1 2 设备参数 某处理重质油 的三相分离器 的基本参数如下 ， 文利用 HY S Y S动态方法对复杂物系压力容器火灾 处理物系的摩尔组成见表 1 。 表 1 处理物 系的摩 尔组成 收稿 日期 ： 2 0 1 0 - 0 6 - 0 1 作者简介： 陈文峰( 1 9 7 8 一 ) ， 男， 河北藁城人 ， 工程师， 硕士， 2 0 0 4年毕业于天津大学化学工程专业。现从事油气处理、 储运研究设计工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 6 天然 气 与 石 油 2 0 1 0 生 尺寸 ： 4 0 0 0 m m( I D)1 6 0 0 0 fi l m( T T ) ； 设计 参数 ： 1 1 MP a 1 0 5 C； 操作 参数 ： 0 4 5 MP a 7 5 C； 操作液位高度： 2 0 0 0 m m； 压力安全 阀设定点 ： 1 1 MPa。 1 3 火灾工况动态模拟步骤 利用 H Y S Y S软件建立该分离器 P S V火灾工况 动态模型 ， 见图 1 。主要步骤如下： a 根据生产工艺 建立分离器工作 的静态模型 ； b 把模型转入动态 ， 并为分离器设置液位控制阀及压力控制 阀； c 模拟 发生火灾报警 ， 关断设备 的出人 口； d 利用 S p r e a d s h e e t 计算火灾工况下设备的吸收热 ， 并把能量流连 人设备 ； e 在 D a t a b o o k中增加需记录 的数据 ， 如分 离器出口的实际气体流量、 质量流量 、 比热 比、 压缩 系数 、 摩尔质量及能量流等； f 运行 ， 并调整参数。 图 1 分离器 P S V火 灾工况 H Y S Y S动态模型 由于泄放流体只从安装于上部的 P S V进行泄 放( 泄放 流体不 一 定是 气相 ， 有 可 能是液 相 或混 相) ， 液相出口无流体排放 ， 模拟时可采用两相分离 器 。 2 火灾工况 H Y S Y S动态模拟结果 2 1 容器 内压 力 的变化 在火焰连续燃烧下 ， 热量不断输入， 容器壁和内 部流体温度 、 压力逐渐升高 ， 当内部压力达到设定点 时 P S V打开， 开始泄放。根据规范 ， 暴露在火焰中 时 ， 设 备 的 最 大 允 许 蓄 积 压 力 为 设 计 压 力 的 1 21 图 2 泄放过程中容器 内压力 的变化 本设备上 P S V的设定值为 1 1 MP a ， 容器 内的 蓄积压力不允许 超过 1 3 3 1 MP a 。从 图 2可 以看 出， 泄放过程 中容器 内的最大压力为 1 2 0 9 MP a ， 阀 门仅开启 了两次， 满足规范要求 ， 说 明选取 的 P S V 是适宜的。模拟过程中若发现容器内的压力超过要 求 ， 说明 P S V尺寸过小 ， 应增大尺寸 ； 但 P S V的尺寸 也不是越大越好 ， 尺寸过大会造成阀门的频繁开启 ， 形成振颤， 损坏管道和阀门。 2 2 容器内液位和流体温度的变化 火灾工况下 ， 容器 内液位和流体温度的变化趋 势见图 3 。 图 3 泄放过程 中容器内流体 液位和温度的变化 在达到最高蓄积压力之前 ， 随热量的输入 ， 组分 不断蒸发 ， 容器 内压力逐渐升高 ， 流体温度持续上 升 ， 液体由于受热膨胀 ， 液位也可能不降反升 ； 泄放 的蒸气是泄放条件下 与液相平衡 的蒸气 ， 因此在液 相中某组分蒸发完之前， 容器内流体温度和压力维 持不变， 但随液相的蒸发和流体的泄放， 液位不断下 降； 某一组分蒸发完之后 ， 流体温度快速升高 ， 更高 沸点的组分依次蒸发， 由于受热膨胀 ， 液位也可能反 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 8 卷第6期 陈文峰， 等 ： 复杂物系压力容器安全 阀泄放过程的 HY S Y S动态模拟 5 7 向升 高 。 1 1 9 从 图 3中可以看出， 受火 3 1 h后容器 内流体最 一 高温度可达 8 0 1 o c。根据文献 ， 在 1 3 8 MP a应力 下 ， A S T M A 5 1 5 G r a d e 7 0碳钢容器在 6 4 9 C下破裂 时间仅为 0 1 h ， 在长时间受火条件下容器很可能损 毁。当然 ， 图 3仅反映了一种趋势 ， 是否破损还要看 该温度下容器内压力是否高于材料的屈服应力。 2 3 容器吸收热的变化 泄放过程 中， 容器 的吸收热 随时间的变化趋势 如图 4所示 ， 泄放过程中 ， 容器的吸收热出现了两个 峰值 ， 分别为 2 3 7 3 k w 和 2 4 1 4 k W， 相差不大。 磺 体湿 暴露 同向 向变 降。 2 4 安全阀泄放量的变化 火灾工况下 ， 容器 泄放量的变化见 图 5 。可 以 看出， 质量流率 出现 了四个峰值 ， 最高的第三个峰值 为 1 0 8 2 8 k g h ， 约为第一个峰值 4 5 3 9 k g h的 2 4 倍 ； 实际体积流率出现了三个峰值 ， 最高的第一个峰 值为 6 2 5 m h ； 与最高质量流率对应 的实际体积流 率仅为 1 7 2 m h ， 此 时泄放 的为重组分物质 ， 密度 很高。 除第一个峰值之外 ， 其它峰值均出现在 2 4 h之 后， 此时容器内流体温度 已高达 6 2 0 C以上 ， 高温可 能已损毁容器 ， 此时的保护已无实际意义 ， 因此设计 。 泄放质量流率 一 一 ； I 。 泄放实际体积流 一 。 ： 一 f 图 5 容器泄放量 的变化 时可按第一个峰值来 进行 P S V 的选取。但需 特别 注意的是 ， 此泄放量 是容器对 P S V 的最低要求 ， 实 际选取的 P S V的泄放能力应高于此值。 2 5 泄放物质的特性 容器内的各组份并不是 同时泄放 的， 而是随着 流体温度 的逐渐升高， 按沸点 由低到高的顺序依次 泄放 ， 因此泄放物质的特性也不是恒定的， 而是随着 时间在变化 ， 如 图6所示 。 04 0 0 0 02 0 0 0 8 0 0 0 1 20 0 1 6 0 0 2 0 0 0 时间 mi n 图 6 泄放物质特 性的变化 从图 6中可以查出， 泄放物系为单气相， 与最大 质量流率泄放工况 对应 的泄放物 系的物性参数如 下 ： C p C v为 1 3 3 5 9 ， 密度 为 7 2 7 4 3 k g m 。 ， 分子 量为 2 0 0 6， 压缩系数为 0 9 3 5 2 。 3 结论 通过建立 的 H Y S Y S动态模拟 ， 分析 了某 处理 油 、 气 、 水复杂物系的三相分离器压力安全阀在火灾 工况下 的泄放情况 ， 得 出 ： 在火灾发生 3 8 6 m i n后 ， 出现最大质量泄放流率 4 5 3 9 k g h ， 为单气相泄放 ， 此时容器的吸收热为 2 3 1 1 k W， C p C v为 1 3 3 5 9， 加 O O 辍 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷第 6期 2 0 1 0年 l 2月 天 然 气 与 石 油 Na t ur a l Ga s An d Oi l V0 1 2 8 No 6 De e 2 O1 0 MB R工艺在中水回用中的应用 刘晋萍 ( 中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司， 四川 成都 6 1 0 0 1 7 ) 摘要： 膜生物反应技术( MB R) 是一种新型污水处理技术， 通过膜的高效截 留作用， 使反应 器维持很高的污泥浓度 ， 从而降低 了污泥负荷 ， 提高了系统的处理效率。采用 MB R工艺处理 天然气处理厂的生产及生活污水 ， 可有效去除污水中的 C O D c r 、 B O D 、 油、 氨氮等， 去除率可达 到 9 0 以上 ， 具有 出水清澈透明、 无异味 、 不需投加化 学药剂、 不产生二次污染等优点， 大大提 高水的回用率 ， 达到节约水资源的目的。 关键词： MB R工艺； 污水处理 ； 中水回用； 膜污染 文章编 号 ： 1 0 0 6 - 5 5 3 9 ( 2 0 1 0 ) 0 6 - 0 0 5 8 0 4 文献标识码 ： B 0 前言 水是人类生存和发展 的命脉 ， 地球上 的水资源 是不可再生的， 目前世界各地 的水资源短缺 已成为 制约社会 进步和经济发展的瓶颈 。水资源与低 碳环境 E t 益受到人类的高度重视， 污水 的再生回用 成为解决缺水问题和环境污染的关键所在 ， 越来越 多的国家鼓励使用 中水 ， 为污水再生回用提供了良 好的市场空间- z J 。但 传统污水再生处理技术存在 着出水质量不高 、 占地大 、 稳定性差等缺点 ， 而随着 膜技术的快速发展 ， 特别是 MB R技术在近几年来得 到了突破性的发展 ， 为污水再生 回用的实现带来 了 光 明的前景。膜 生物反应 器 ( Me mb r a n e B i o r e a c t o r ， 简称 MB R) 是一种 由生物处理单元与膜分离单元相 结合 的新型污水处理技术 ， 可在紧凑的空间内同时 实现微生物对污染物质的降解 和超滤膜对污染物质 的分离 ， 而降解与分离之问又存在着协同作用 ， 是一 种高效 、 实用的污水处理技术。MB R具有 以下主要 特点： 处理效率高、 出水水质好； 剩余污泥量少 ； 设备 紧凑 、 占地面积小； 易实现 自动控制、 运行管理简单 ； 其出水中不含悬浮物， 只需投加少量消毒剂避免管 道系统的二次污染 ， 即可 以回用 ， 实现污水的资源 化 。 密度为 7 2 7 4 3 k g m ， 分子量为2 0 0 6 ， 压缩系数为 0 9 3 5 2 ， 液体温度 为 1 9 1 4 。根 据 以上参数 ， 按 A P I 5 2 1的计算方法即可估算出 P S V的尺寸。 压力容器安全阀的泄放是一种不稳定 的动态泄 压过程 ， 对于有着宽沸点范围的多元混合物 ， 随着系 统 中蒸气的泄放 ， 蒸气和液体的组成都是变化的， 必 须建立一个与时间有关 的模型 ， 才能准确反映这一 动态变化过程。 采用 H Y S Y S动态方法可以更加准确地模拟安 全阀的泄放过程 ， 确定泄放量和对应的参数 ，从而 选择出合理尺寸的安全阀，这对整个生产设施及人 员的安全保护都具有重要意义。 参考文献 ： 1 A N S I A P I S T A N D A R D 5 2 1 2 0 0 7 ，P r e s