长输天然气管道放空系统设计分析与探讨

长输天然气管道放空系统设计分析与探讨

周莉华

中石化石油工程设计有限公司成都分公司四川成都610091

摘要：现阶段，我国在开展长输天然气管道放空系统设计工作时，并未有充分且成熟的知识系统作为支撑，因此需及时把握各种设计方式的优缺点。在设计放空系统时，应充分考虑设备参数，根据选择的参数来开展相应的水力计算工作，最终选择最为恰当的设计方案。实现上述步骤后，紧接着参考最为恶劣的情况来进行模拟实施工作，并确定最终后果的具体情况。其中，应用到的各类计算方式以及模拟软件均具备一定特征，工况不同其具体应用也不相同。

关键词：长输天然气管道；放空系统设计；分析；探讨

前言：

设计天然气放空系统的主要目的是为了在事故发生时能够顺利将天然气排除，从而为下个步骤的顺利开展提供合理保障。长输天然气管道放空系统设计包含两个部分：一是线路放空，二是站场放空，甲烷在所有气体中占据着较高比例，且放空时不会出现水合物等类似物质。现阶段，我国并未有较为成熟的理论以及技术来支撑该项设计工作，因此需将该项研究摆放在核心地位。

1、长输天然气管道放空系统设计方法

在实施放空工作时，相关工作人员应认真遵守相关操作准则及制度，避免事故发生。本文研究的天然气放空是指有计划的实施放空操作。在放空工况中，不仅天然气流速较快，而且压降与温降表现极为强烈，由于该种情况与天然气常规输送情况有较大差别，因此极易出现特殊问题。为全面把握放空工况，以及系统最高的承受能力，应及时实施模拟计算步骤。一般情况下，在开展放空系统设计工作时，应明确各个设备的具体参数，根据初选参数来实施接下来的水力计算工作，从而合理确定最终设计方案。经过上述步骤后，便可在最差工况的条件下来开展更深层次的模拟分析工作。其中，应用到的选型参数含有四个，包括阀门选型、孔板选型等；水力计算参数也有四个；模拟后果有三种：扩散后果模拟、热辐射后果模拟、噪音值计算。

2、长输天然气管道放空系统设计方式所包含的优缺点

2.1GB50183中与放空立管尺寸相关的公式的选取

该公式主要以放空的平均流量为核心，选择恰当的马赫数，并在此条件下来确定放空立管的具体尺寸。优点：该公式计算出来的结果具有较高的准确性，不会偏离软件模拟得出来的结果，不会阻碍与影响选型工作的开展。缺点：只适用于特定情况，适用范围较为狭窄，无法为放空管线的选型工作提供可靠依据。此外，要注意平均流量问题，例如根据国内相关规定要求，在12h放空某干线，普通的计算将会参照一定比例来划分放空总量，从而计算出放空平均量，其中该比例为1/12。但这种方式具有一定缺陷，由于放空流量是时刻变化的，如干线压力对其造成的影响，致使放空流量逐渐降低。

2.2HYSYS

HYSYS作为一款优秀的物性计算软件，其具备的显著优势便是物性计算准确且快速，且该项软件压力温度变化只考虑节流温降，当放空速度过快时，与其他软件相比而言，该项软件得出的温度降偏小，随着速度变化其差异也会变得愈加显著，只是处于特定情况下计算出来的温降比较准确。该项软件应用的具体原理为将所有气体存储于绝热容器之中，在容器的外部可连接安全阀门，从而将气体有效排出至外部环境之中。对于初始以及终止压力温度要明确规定出来，进而利用这项软件计算出阀门cv值以及孔板的截面积，该项软件较为适用于气体流速较低的环境之中。

2.3安全阀选取公式

石油和化工工程设计工作手册中关于安全阀选取这部分内容与中国设计实际情况较为符合，且应用比较广泛。现阶段，我国关于安全阀泄放量这个问题研究不够深入，相关研究人员对于与之相关的数值难以有效确定，且与之相关的计算公式较为陈旧，并被得到创新与改善，在选取安全阀的类型时，与之相关的计算结果还要根据实际情况来及时进行取整，研究人员即便根据以往的计算经验，其计算结果也应足够贴近于实际情况。安全阀的选取公式具体有两种，将这两种公式引用于同一工况中，所得出的结果差别不大。其中，较为明显的差异主要是由不同的系数所导致的。此外，该手册并没有表明流态判断的相关公式，但在应用API这项公式时，需要对临界流以及亚临界流做出合理准确的判断。经过一系列调查研究后，表明绝大部分的临界流位于管道板块安全阀的内部。若想呈现出亚临界流的状态，安全阀需承担较高的背压，且高于安全标准，因此无法在实际工作中实现。

2.4PHAST

该软件是业界公认且最具有权威性的一款软件。在实施扩散计算工作时，其主要应用的原理便是利用经由放空口出来的气体，使其膨胀至大气压的状态，温度、速度以及流量与大气压相一致，从而根据该种情况有效模拟出满足稳定且持续放空工况这两种条件的扩散范围。在计算热辐射时，其主要应用的原理便是根据上述情况模拟出来的状态来模拟出同样符合上述两种条件的燃烧火炬。火焰模拟主要利用了cone模型，视火焰为圆锥体，且满足下方圆截面小且上方圆截面大这两项条件，在圆锥的表面需具备大量的热辐射点，且每个辐射点的辐射能均不相同，并有效利用它们，使其成为火焰外表面的辐射源。优点：计算结果准确，且结果足够权威，只有该软件才能实现放空扩散这道程序。在计算热辐射方面，其影响距离要少于API这个公式，对于环境复杂的地区可以应用该软件。缺点：在应用该软件前应计算放空立管出口的物性参数，同时还需要其他辅助工具帮助其完成计算工作。就现阶段来说，我国放空扩散与热辐射计算工作并未得到有效证实。

结语：

综上所述，我国并未有任何一个软件能够有效实现放空系统的设计工作，若想实现该项工作需依赖其他方式，且其他几个方式的选取要足够合理且极为重要。若想实现不同工况下的放空系统设计工作，应充分掌握实际工况，合理确定物理参数，并利用多种方式来运行模拟计算这个步骤，恰当选择计算公式以及软件，从而实现设计工作。

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