標題: 天然氣處理廠放空火炬影響分析與模擬計算 [打印本頁] 作者: 小水 時間: 2013-5-6 10:12 標題: 天然氣處理廠放空火炬影響分析與模擬計算 影響分析和模擬, 得出該放空火炬在不同風速下, 不使人員
產生熱輻射影響的最小安全距離。
珜鍵詞 天然氣; 放空火炬; 熱輻射強度; 氣體擴散; 模擬
( 1 Schoo l o fEng ineering, China University o fG eosciences, Wuhan 430074, China
2 Department of Environmenta lH ea lth& Safety, Ch inaN ationalO ffshore O il Corporation ( China)
Co. , L td. Shanghai B ranch, Shanghai 200030, Ch ina)
Abstract: Based on the geography and w eather situation of a natural gas treatm ent p lan,t four conditions
need ing risk assessmentw ere firstly put forw ard. Second ly, the heat rad iation of the sprayed flamew as ca l
cu lated and the rad iant intensity curve under different w ind speeds and d ifferent conditions w as simulated
w ith spray d iffusion pattern. Th irdly, the gas d iffusion concentration w as ca lculated by adopting the Gauss
3- D mode,l and the length and height of the gas diffusion w as educed under different w ind speeds and
different cond itions. Moreover, the gas d iffusion under various w ind speeds and urgent cond itions of the
flare system w as simu lated. Fina lly, the m in imum safe distance that the flare w ould not cause heat radia
tion e ffect on human under differentw ind speed w as put forw ard through influence ana lysis and simulat ion.
Key words: natura l gas; flare system; heat rad ian t intensity; gas diffusion; simulat ion
0 引 言
近幾年來, 由天然氣引發的事故越來越多, 對環
境和安全造成的影響也越來越大, 例如: 2004年7月
28日, 哈爾濱某化工廠60 000 t /a合成甲醇壓縮機
放空管遭雷擊發生著火事故, 損失慘重。因此, 對天
然氣放空火炬燃燒效率、熱輻射、氣體擴散等的研究
顯得尤為重要。
* 文章編號: 1003- 3033( 2008) 07 - 0023- 06; 收稿日期: 2008- 03- 17; 修稿日期: 2008- 06 - 30
為保障天然氣處理廠安全平穩運行, 以春曉天
然氣處理廠為研究對象, 圍繞熱輻射和擴散等關鍵
問題, 詳細論述了天然氣處理廠放空火炬的影響分
析和模擬計算。天然氣處理廠設置了放空立管, 泄
放超高限的壓力, 排放運行作業中的廢氣或實現緊
急狀態下的事故放空。放空天然氣是一種嚴重的污
染源, 而且其主要組分甲烷對遠紅外輻射的吸收比
二氧化碳更強烈, 因而具有更強的溫室效應。一般
情況下均應點火, 通過燃燒, 使該類可燃、有毒、腐蝕
性氣體危害變小, 同時燃燒釋放的熱能也將加速排
放氣體在大氣中的擴散[ 1] 。設計合理的放空立管
能保證火炬燃燒效率、熱輻射、氣體擴散和火雨等完
全滿足環境保護有關要求, 有效減輕污染和其他公
害, 改善環境質量。使工程設計的社會效益、經濟效
益和環境效益相統一。
筆者將圍繞熱輻射和擴散等關鍵問題, 詳細論
述天然氣處理放空火炬的影響分析和模擬計算。
筆者的創新點以及采取的方法: 提出需要進行
危險性評估的4種工況; 采用噴射擴散模式計算噴
射火焰的熱輻射, 模擬不同工況下, 風速不同時的熱
輻射強度曲線; 采用高斯三維模型計算氣體擴散濃
度, 得出了不同工況下, 風速不同時氣體擴散長度和
高度, 并對放空火炬緊急工況時不同風速下的氣體
擴散進行了模擬; 通過影響分析和模擬, 得出了該放
空火炬的安全評估結論。
春曉天然氣處理廠是東海春曉氣田群開發工程
的重要組成部分。春曉氣田群位于寧波市東南方向
約350 km 的東海大陸架海域, 生產的天然氣經春曉
中心平臺初步處理后, 通過28! 344. 97 km 的海底
管線輸送到春曉天然氣處理廠; 凝析油通過8!
60 km的海底管線輸送至平湖油氣田海上平臺, 與平
湖油氣田生產的原油一起通過海底管線輸送到岱山
原油中轉站。
1 工程概況
春曉天然氣處理廠區主要災害性天氣為熱帶氣
旋及暴雨, 7# 8月間常有熱帶風暴。需要進行火炬
熱輻射危險性評估的典型工況可以歸納為4種:
1) 平時火炬釋放速率為3 104 m3 /d;
2) 一臺壓縮機故障時釋放速率為10 ㄢ 4 m3 / d;
3) 緊急事故釋放速率為50 104 m3 /d;
4) 緊急事故釋放速率為100 104 m3 /d。
其中, 前兩種工況持續的時間比較長, 定義為正常
工況; 后兩種工況持續時間很短, 定義為緊急工況[ 2]。
燃燒產生的熱輻射會對人和設備造成損害, 損
害的程度取決于熱輻射強度。熱輻射的不同強度可
造成的損害如表1所示[ 3] 。根據國家規定: 未計太
陽輻射熱( 0. 79~ 1. 04 kW /m2 ) , 操作人員需要長
期暴露的任何區域的允許熱輻射強度是
1. 58 kW /m2 [ 4 ] 。
筆者基于春曉處理廠火炬參數及氣象情況, 在
正常工況和緊急工況下運行時, 對距離火炬不同遠
的3個點的熱輻射強度進行了計算, 3個點分別在
下風向距離火炬40m, 70m, 120m, 通過模擬計算出
熱輻射強度是指火炬燃燒時, 在下風向距離火炬不
同遠的地面1. 5m處形成的熱輻射強度。
表1 熱輻射的不同強度可造成的損害
強度( kW /m2 ) 對設備的損害對人的損害
1. 6 #
長時間輻射無不舒
服感
4. 0 #
20 s以上感覺疼痛;
但皮膚不一定起泡
12. 5
有火焰時, 木材
燃燒、塑料熔化的
最小能量
10 s, 1 度燒傷;
1 m in, 1% 燒傷
25
在無火焰、長時
間的輻射下木材
燃燒的最小能量
10 s, 重大損傷;
1 m in, 100% 死亡
37. 5
操作設備全部
破壞
10 s, 1% 死亡;
1 m in, 100% 死亡
2 熱輻射強度模擬
2. 1 模擬計算
火炬山坡海拔高17m、放空火炬高度為85m、
周圍建筑物高度約20m、火炬頭直徑700mm、火炬
筒體直徑700 mm、風管直徑1 740 mm、處理量為
760 104 m3 /d。采用噴射擴散模式計算噴射火焰
的熱輻射。設噴射火焰為一系列由沿噴射中心線分
布輻射出相等熱量的輻射源組成. 熱輻射強度
