海上石油平臺泄壓工況分析

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摘要:文章闡述了海上石油平臺生產流程的泄壓基本原理，分析了泄壓閥的應用條件和設計原則，并對各種泄壓工況和注意事項進行說明，為不同海域海上石油平臺的工藝設計提供參考，確保海上生產系統(tǒng)和操作人員的安全。

關鍵詞:海上石油平臺;泄壓原理;泄壓工況;泄壓閥

在正常工況下，海上平臺生產設備充滿了高壓烴蒸氣和生產流體。在火災等緊急工況下，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險。因此，安裝自動壓力泄放裝置在確認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)，泄壓閥下游應安裝限流孔板，所有出口管線應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工況和減壓工況時，泄放速率應滿足在15min內將罐體泄壓到690kPaG;在發(fā)生池火時，壁厚超過2．54cm的碳鋼罐體可考慮將壓力從初始壓力降至設計壓力的50%。

2泄壓閥(BDV)

泄壓閥應安裝在生產系統(tǒng)中適當位置，以滿足整個工藝流程中設施的安全泄放。泄壓閥需采用“故障開(FO)”型，泄壓閥下游應設置限流孔板且安裝手動隔斷閥。設計中應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計壓力。當泄壓出現低溫工況時，考慮到熱傳導，孔板上游管線應采用低溫材料，低溫材料管段長度建議不小于500mm且應附有適當的管線說明。典型泄壓閥連接方式如圖1所示。

3泄壓工況分析和注意事項

3．1火災報警時自動泄壓工況

當海上平臺火氣探測系統(tǒng)確認探測到火焰后，泄壓裝置將進行自動泄壓。泄壓閥尺寸的計算應基于以下假設:火災工況下，生產系統(tǒng)所有物流已停止進出，系統(tǒng)內部工藝熱源也已關閉。泄放過程中應考慮火源持續(xù)存在的熱輸入，使液體持續(xù)蒸發(fā)。在計算泄放量時，假設火災開始時設備初始壓力處于較高的操作壓力。為了確定氣體泄放流量，需要估算此生產系統(tǒng)中液體和氣體的體積，系統(tǒng)里存在液體時，火災下的液體汽化增加了正常的泄放載荷。這個系統(tǒng)應包括處于該火區(qū)中的設備，以及雖處于該火區(qū)外但在正常操作條件下與火區(qū)內設備相連通的設備，應取暴露于火焰中的各個設備被內部液體沾濕的表面積作為產生蒸氣的有效表面積。計算時應考慮以下因素:(1)由于壓力降低導致的液體閃蒸產生蒸氣;(2)從火焰中吸收熱量使液體蒸發(fā)產生蒸氣;(3)由于壓力降低、溫度上升造成的內部蒸氣密度發(fā)生變化。

3．2手動泄壓工況

在平臺生產系統(tǒng)中，除了設置自動泄壓閥，還可設置手動泄壓裝置，允許設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

平臺工藝管線和設備應在適當位置設置手動泄壓閥門，以便該管線和設備在維修時進行泄壓和放空，安全進行后續(xù)操作。

3．4海管泄壓工況

如平臺停產或海管再啟動時隨著溫度的降低，海管存在產生水合物的風險，通往平臺的海底管線一般需設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—湯姆遜效應伴隨著氣體膨脹，會導致流體產生泄放低溫。泄壓閥上下游需要考慮低溫泄放時所導致的最小溫度。平臺應急或計劃關斷后，若設備沒有立刻泄壓，壓力容器內的介質會逐漸降低，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)管線和設備，也需要采用低溫管線材料。當預測到泄壓會產生低溫時，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。對于泄壓低溫造成材料選擇困難的情況，可要求在適當的溫度下泄壓，避免產生過低溫度，具體泄放溫度根據所選材料的耐受溫度推算，應在相關位置上設置低溫報警提醒操作人員手動操作，或設置低溫變送器觸發(fā)自動泄壓。

4結束語

安全泄壓是保障海上平臺安全生產必不可少的環(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應用于生產，對確保生產系統(tǒng)和操作人員的安全具有重要意義。

作者：顧琳婕 周鵬 曾樹兵 余智 李偉 單位：海洋石油工程股份有限公司