集输站场放空管道低温工况探讨

四川省科技厅资助项目 “ 页岩气低成本地面集输工艺技术研究 ” （ ） 。 ２ ０ １ ６ Ｓ Ｚ ０ ０ ０ １ 基金项目 ： 作者简介 ： 陈俊文 （ ） ， 男 ， 工程师 ， 硕士 ， 年毕业于西南石 油 大 学 油 气 储 运 专 业 ， 现主要从事天然气储运研究与设计 １ ９ ８ ７－ ２ ０ １ ２ 工作 。Ｅ ： ｍ ａ ｉ ｌ ｃ ｈ ｅ ｎ ｕ ｎ ｗ＿ ｓ ｗ＠ｃ ｎ ｃ ． ｃ ｏ ｍ． ｃ ｎ ｊ ｐ
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集输站场放空管道低温工况探讨
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（ ）放空介 质 与 管 道 内 壁 形 成 热 对 流 ， 其传热能 １ 力用内部放热系数表示 。 （ ）管道径 向 方 向 导 热 ， 其传热能力用传热系数 ２ 表示 。 ）管道外 壁 与 环 境 的 换 热 ， 其传热能力用外部 （ ３ 放热系数表示 。 在上述过程中 ， 从定性分析来看 ， 由于天然气在管
１ 泄放系统概述与特点
油气地面工程中 为 防 止 管 道 和 设 备 超 压 ， 以及在 在站场内 紧急工况下能够快速 降 低 系 统 压 力 的 要 求 ， （ 单井站 、 集气站 ） 设置了超压和紧急两类放空系统 。 超压放空系统常 采 用 安 全 阀 作 为 泄 放 元 件 ， 当管 道压力超过安全阀定 压 后 ， 超压介质通过安全阀泄压 后进入放空管道 。 在 切 断 气 源 之 前 ， 一般认为超压介 质以持续的速率进行排放 ， 其速率为气源产量 ， 且泄放 时介质压 力 稳 定 （ 实 际 情 况 下， 由于安全阀选型的影 响， 上游压力可能发生周期性波动 ） 。 紧急放空系统常采用限流孔板对站场管道和设备 中的高压介质进行降压排放 ， 当启动紧急放空阀以后 ， 密闭容器 、 管道中的 高 压 气 体 在 额 定 时 间 内 被 排 放 入 放空管道 ， 其最大泄 放 量 为 阀 门 刚 开 启 时 孔 板 前 后 压 差最大时刻的流量 ， 且泄放量和孔板前压力随泄放时 间延长而降低 。 安全阀和限流 孔 板 泄 放 均 可 视 为 绝 热 节 流 过 程 。 根据焦耳 汤 姆 逊 定 律， 在常规集输系统的泄放条件
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］ ６ ９ 系统的研究已取得了较大的进展 ［ ， 在放空管 道选材
２ 放空管道传热规律
在泄放过程中 ， 流动介质 、 管道和外界环境构成热 力场 。 由于放空介质 与 外 界 环 境 存 在 温 度 差 ， 因此在 放空过程中 ， 放空介质将与放空管道 、 管道外环境进行
］ １ １ 热力交换 。 传热过程主要包括以下 ３ 种类型 ［ ：
１ ０］ 节流 前 后 压 差 越 大 ， 则 介 质 的 温 度 降 也 越 高［ 。 下，
对比超压放空和紧急放空时泄压元件上游压力和泄放 量特点可知 ， 超压放 空 的 介 质 在 节 流 后 将 具 有 较 为 稳 紧急 放 空 的 介 质 因 为 上 游 压 力 持 续 降 定的低温参数 ； 造成节流的温差 减 小 ， 而 上 游 温 度 一 般 变 化 不 大， 低， 因此 ， 在节流后一般 呈 现 介 质 温 度 由 低 逐 渐 升 高 的 趋 势。 以下进一步结合 管 道 传 热 规 律 ， 探讨泄放系统的 放空管道低温问题 。
问题上也有所突破 ， 但有关放空后低温介质对管道温 度的影响探讨还鲜 有 报 道 ， 尤其对于持续时间较短的 更值得深入探讨管道的极端低温问题 ， 紧急放空过程 ， 以合理评估管道 实 际 温 度 。 因 此 ， 本文将深入研究典 型泄放工况下的管道 温 度 变 化 规 律 ， 以期为放空管道 选材提供一定参考 。 本研究将基于放 空 系 统 不 同 特 点 ， 结合工程热力 学基本规律 ， 分析放 空 过 程 中 影 响 放 空 管 道 温 度 的 因 素， 并结合商用软件建立放空管道温度计算模型 ， 模拟 并探讨某集气站放空管道的极端低温 。
中国石油工程建设有限公司西南分公司 ２． 中国石油西南油气田公司输气管理处 １．
站内高压气体必须 摘 要 油气集输站场放空系统是站内设施 的重要安 全保 障 。 在 事 故 情 况 下 ， 有 快速泄放 。 放空管道材质主要参考放空过程中管道的温度 进行 确 定 。 为 保 证 选 材 合 理 性 与 经 济 性 ， 必要深入探讨放空工况下介质和管壁低温工况 。 基于超压 放空 和紧 急 放 空 过 程 ， 结合工程热力学基本 规律 ， 分析了放空过程管道温度的影响因素 ， 借助 商 用 软 件 Ｏ Ｌ ＧＡ 探 讨 并 模 拟 了 某 集 气 站 放 空 管 道 的 温度变化规律 。 结果表明 ， 超压放空后管道温度与介质温度较为接近 ， 但紧急放空后管道温度与介质温 度存在明显差异 ； 紧急放空工况中 ， 管道积存气体 、 管道热容等对管道低温具有一定抑制作用 ； 动态模拟 为放空管道合理选材与降低成本提供了技术支持 。 研究成果为集输站场放空管道精细化设计提供了一 定的参考与借鉴 。 关键词 集输站场 压力泄放 放空管道 低温 中图分类号 ： ： ／ Ｔ Ｅ ８ ８ 文献标志码 ： Ａ 犇 犗 犐 １ ０． ３ ９ ６ ９ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７ ３ ４ ２ ６． ２ ０ １ ７． ０ ３． ０ ２ １ ｊ
放空火炬距离主工艺设备相 距离和防火间距的 要 求 ， 对较远 。 因此 ， 合理的 放 空 管 道 选 材 可 在 一 定 程 度 上 而泄 放 过 程 中 放 空 管 道 的 低 温 工 况 则 节约工程投资 ， 是管道材质选择的主要参考 。 泄放介质经过泄压元件 （ 安全阀或限流孔板 ） 大 幅 降 压 后， 可能出现较低的温 度， 并通过与管道 传 热 ， 影 响 管 道 温 度。 目 前， 对放空
６ 卷 第 ３ 期 陈俊文 等 集输站场放空管道低温工况探讨 第４
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在系统安全性 随着油气地面 工 程 技 术 日 益 发 展 ， 不断巩固的 同 时 ， 对 设 备、 管道经济性的要求逐步提 高 。 通常采用超压放空和紧急放空对油气站场的设备
１ ５］ 和管道进行保护 ［ 。 在集气站和处理厂中 ， 按热辐 射