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两相分离器火灾工况安全阀动态分析

文档作者：吴梁红宗媛2 薛登存2 魏涛3 李涛2 朱德闻2 文档来源： 1.中国石油天然气股份有限公司规划总院2.中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司3.中国石油集团工程设计有限责任公司		点击数：	更新时间： 2021年09月23日
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石油工程建设
工程设计
两相分离器火灾工况安全阀动态分析
吴梁红’,宗媛2,薛登存2,魏涛3,李涛2,朱德闻2
1.中国石油天然气股份有限公司规划总院,北京100083
2.中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司,北京100085
3.中国石油集团工程设计有限责任公司,北京100085
doi:10.396issn.1001-2206.2016.01.013
摘要:采用 HYSYS软件对两相分离器火灾工况下安全阀进行了动态模拟,同时分析了原油含水率变化对泄
放时间、最大泄放量和泄放温度等因素的影响。研究表明:随着火灾加热时间的延长,原油的性质不断变化,
仅根据安全阀设定压力高于原油的初始状态相包线中泡点线的最高压力判断液体膨胀作为其选型的主导因素会
有一定的局限性,对火灾工况下安全阀的泄放应进行动态模拟分析;随着原油含水率的上升,安全阀的起跳时
间呈现先减小后增加的趋势,最大泄放量和泄放温度均随含水率的升高而逐渐降低,并且当含水率超过某一值
时最大泄放量和泄放温度基本不变;此外,安全阀的尺寸计算除了应考虑设备的最大液量之外,还应考虑含水
率的影响。
关键词:安全阀;两相分离器;火灾工况;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
安全阀作为压力容器、管道等承压设备的最后
本文以乍得某油田两相分离器为例,采用
一道保护,在容器或管道的压力达到设定压力时可自 HYSYS软件动态模拟火灾工况下安全阀的泄放,计
动开启,及时排出超压介质安全阀计算工况的合算泄放温度和泄放量,并针对原油含水率对安全阀泄
理分析对安全阀的尺寸计算和紧急状况下容器的保护放的影响进行了模拟和分析。
至关重要,如果安全阀计算工况分析不合理,则会导1两相分离器基本参数
致安全阀尺寸过小或过大。尺寸过小,压力介质排放
不及时,容易造成压力设备受损;尺寸过大,会造成
两相分离器的相关尺寸和工艺参数见表1
安全阀的阀瓣与阀座频繁地撞击,缩短安全阀的使用
表1两相分离器(立式)的基本参数
寿命。火灾工况是一种常见的工况,两相分离器外直径高度容积正常操作操作压力操作温度安全的设定
部火灾下安全阀的尺寸计算与泄放压力、泄放温度及/m/m/m3液位/m/MPa压力/MPa
泄放量密切相关。
26.4233.20.9520~454.0
第42卷第1期53
工程设计
石由工程建设
2 HYSYS动态模拟
3.00
2.50
本文采用软件 HYSYS对火灾工况下安全阀的泄
放进行动态模拟,分析两相分离器内液相物流相包线
2.00+露点线
随火灾加热时间的变化及原油不同含水率下安全阀的
1.50泡点线
泄放压力、泄放温度及泄放量。
1.00
2.1安全阀泄放模型的建立
0.50
首先将汽、液介质接入两相分离器中,按照分离
0.00
0100200300400500600
器的运行工艺参数建立模型,输入分离器的基本参数
温度℃
(如长度,直径,正常液位值等),然后设置分离器
图2动态模拟t=0min时液相物流相包线
的压力和液位控制器,通过气相出口和液相出口的调
4.00
节阀,来控制分离器的压力和液位,见图1。
3.50
3.00
压力控制器
露点线
2.50点线
2.00
 VLV-100
1.50
 VLV-102
两相分离器
液位控制器
1.00
0.50
Q-100
 VLV-101
0.00
图1两相分离器火灾工的动态模型
1000100200300400500600
温度℃
安全阀泄放模型建立后,点击静态运行,调试模
图3动态模拟t=103min时液相物流相包线
型使得运算收敛。转入动态模拟时,应先根据容器的
5.00
4.50
湿面积计算火灾工况下容器吸收的热量,将其热量作
4.00
为能量流输入两相分离器,然后关闭分离器入口、液
相出口的阀门;当容器内的压力达到安全阀设定压
3.50点线
3.00
力时,将气相出口调节阀的流量系数调到厂家推荐
点线
2.50
值,用调节阀取代安全阀,保证安全阀安全泄放。
2.00
1.50
2.2动态模拟结果分析
1.00
0.50
2.2.1液相物流相包线分析
0.00
动态模拟过程中分离器压力、温度和液相物流的
-1000100200300400500600
相包线变化情况见表2和图2~4
温度/℃
图4动态模拟t=170min时液相物流相包线
表2分离器温度、压力和液相相包线随时间变化情况
相物流的临界压力和泡点线最高点压力不断增大,液
时间分离器
液相相包线
相中的轻组分不断气化,但分离器中的物流始终呈现
min温度压力界临界泡点线最高点线最高气液两相,没有出现临界状态,也就是说对于本次模
 reMPa温度压力MPa温度压力MPa拟不存在或者存在很小的液体膨胀过程。
0300.955822.07528
2.44
但以往设计人员通常只根据安全阀设定压力高于
1032622.535812434563.39
原油的初始状态相包线中泡点线的最高压力判断液体
1702733.325723.064204.76
膨胀作为其选型的主导因素,容易造成所选的安全阀
从图2~4可以看出,随着火灾工况分离器加热的尺寸偏小,因此在分析火灾工况下安全阀泄放时,
时间的延长,分离器的压力和温度不断增加,同时液建议进行动态模拟分析,不能只根据安全阀设定压力
542016年2月
吴梁红等:两相分离器火灾工况安全阀动态分析
工程设计
与初始状态原油的相包线判断。
低,当原油的含水率小于50%时,水会优先气化,
2.2.2原油含水率的影响
并伴随着油的气化,分离器气相空间很快会达到安全
在相同原油处理量下,对原油含水率为0%、阀的设定压力。如果含水率进一步提高,由于水的比
50%、90%时安全阀的泄放过程进行动态模拟,其热容较大,分离器内介质流升温速度将有所减慢,从
计算结果见图5~7
而使水和原油的气化速度降低,故分离器内气相空间
450
4.5
达到安全阀设定压力的时间就会延长。
400
4.0
(2)随着含水率的上升,安全阀的最大泄放量分
350
泄放量
3.5
别为208901、23569、22403kg/h,安全阀的泄放温
300温度
30
250
压力
度分别为416、227、229℃。即安全阀的最大泄放量
25
00z
和泄放温度随含水率的升高,逐渐降低,并且当含水率
2.0
150
1
1.5超过某一值时最大泄放量和泄放温度基本不变。因为水
100
1.0的沸点较低,且水蒸气的分子量较小,会优先气化并且
50
0.5
随着含水率的上升,这种现象会越来越明显
0
0150020
0.050.0100.0150.0200.0
(3)对于火灾工况下安全阀的尺寸计算,除了
时间/mn
应考虑设备的最大液量之外,还应考虑含水率的影响
图5水率0%时压力、温度及泄放量随时间的变化曲线如前面所述,同样的原油处理量,含水率为0%时,
4501
450
安全阀的最大泄放量大约为含水率为90%时的安全
400
4.00
阀最大泄放量的10倍。
350
3.503结束语
300
一泄放量
一温度
3.00
250压力
2.50
在分析火灾工况下安全阀泄放时,仅根据安全阀
200
2.00
设定压力与原油的初始状态相包线判断液体膨胀是否
≤凶
150
1.50
为其选型的主导因素有一定的局限性,建议进行动态
100
1.00
模拟分析。
50
0.50
随着原油含水率的上升,安全阀的起跳时间呈现
50
0.00
先减小后增加的趋势;最大泄放量和泄放温度均随含
100
150
时间/min
水率的升高逐渐降低,并且当含水率超过某一值时最
图6含水率50%时,压力、温度及泄放量随时间的变化曲线大泄放量和泄放温度基本不变。对于火灾工况下安全
阀的选型计算,除了应考虑设备的最大液量之外,还
450
4.50
应考虑含水率的影响。
40
4.00
3.50
参考文献
300
量
3.00
250
一压
2.50
1冯传令,杨勇原油容器安全阀火灾工况泄放量动态模拟J石
2.00
油工程建设2006,32(6):9-12
150
1.50
2S/T10043-2002,泄压和减压系统指南S1
100
1.00
50
0.50
3]郑志刚,潘宇,邓婷婷,等破四容器安全阀火灾工况泄放的动
0
0.00
态模拟.广州化工,2013,41(22):202-204
0
50100150
时间/min
图7含水率90%时,压力、温度及泄放量随时间的变化曲线
作者简介:
吴梁红(1984-),男,四川眉山人,工程师,2011年毕业于中
从图5~7可以看出:
国石油大学(华东)油气储运专业,硕士,现从事油田地面工程
(1)随着含水率的上升,安全阀的起跳时间分和长输管道设计工作mi:31541918aq.com
别为200、140、180min,即安全阀的起跳时间随含
水率的上升,先减小后增加其原因在于水的沸点较收稿日期:2015-06-23;修回日期:2015-12-01
第42卷第1期55

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