海上石油平臺泄壓工況的分析和探討

顧琳婕，周 鵬，曾樹兵，余 智，李 偉

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

在正常工況下，海上平臺生產(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，存在引起平臺爆炸的風(fēng)險。因此，安裝自動壓力泄放裝置在確認(rèn)探測到火氣時開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處理系統(tǒng)，從而降低平臺爆炸的風(fēng)險。一般用于平臺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，泄放速率應(yīng)滿足在15 min內(nèi)將罐體泄壓到690 kPaG；在發(fā)生池火時，壁厚超過2.54 cm的碳鋼罐體可考慮將壓力從初始壓力降至設(shè)計壓力的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，以滿足整個工藝流程中設(shè)施的安全泄放。泄壓閥需采用“故障開(FO)”型，泄壓閥下游應(yīng)設(shè)置限流孔板且安裝手動隔斷閥。設(shè)計中應(yīng)核算泄壓過程中的背壓，以確保排出管線上任意點的壓力不超過設(shè)計壓力。當(dāng)泄壓出現(xiàn)低溫工況時，考慮到熱傳導(dǎo)，孔板上游管線應(yīng)采用低溫材料，低溫材料管段長度建議不小于500 mm且應(yīng)附有適當(dāng)?shù)墓芫€說明。典型泄壓閥連接方式如圖1所示。

圖1 泄壓閥的連接Fig.1 Connection of blowdown value

3 泄壓工況分析和注意事項

3.1 火災(zāi)報警時自動泄壓工況

當(dāng)海上平臺火氣探測系統(tǒng)確認(rèn)探測到火焰后，泄壓裝置將進(jìn)行自動泄壓。泄壓閥尺寸的計算應(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)。

在計算泄放量時，假設(shè)火災(zāi)開始時設(shè)備初始壓力處于較高的操作壓力。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，火災(zāi)下的液體汽化增加了正常的泄放載荷。這個系統(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。計算時應(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 手動泄壓工況

在平臺生產(chǎn)系統(tǒng)中，除了設(shè)置自動泄壓閥，還可設(shè)置手動泄壓裝置，允許設(shè)備在沒有啟動自動泄壓的時候手動泄壓。手動泄壓操作需要安裝一個手動隔離閥，其下游應(yīng)配有一個節(jié)流裝置用來控制泄壓流量。

3.3 計劃維修時泄壓工況

平臺工藝管線和設(shè)備應(yīng)在適當(dāng)位置設(shè)置手動泄壓閥門，以便該管線和設(shè)備在維修時進(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

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

3.5 低溫工況和材料選擇

在泄壓過程中，由于焦耳—湯姆遜效應(yīng)伴隨著氣體膨脹，會導(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所導(dǎo)致的最小溫度。平臺應(yīng)急或計劃關(guān)斷后，若設(shè)備沒有立刻泄壓，壓力容器內(nèi)的介質(zhì)會逐漸降低，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)測到泄壓會產(chǎn)生低溫時，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)置低溫報警提醒操作人員手動操作，或設(shè)置低溫變送器觸發(fā)自動泄壓。

4 結(jié)束語

安全泄壓是保障海上平臺安全生產(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)，對確保生產(chǎn)系統(tǒng)和操作人員的安全具有重要意義。