放空立管与天然气站场间距的计算

发布时间：2019-08-17 16:22所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次

摘要：目前中国对放空立管与天然气站场的间距按照GB50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》来确定，但该规范未对放空量大于4104m3/h的立管与站场的间距做出相应规定。在考虑了放空立管与站场间距的主要影响因素风速与允许辐射热强度的情况下，利用挪威船

　　摘要：目前中国对放空立管与天然气站场的间距按照GB50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》来确定，但该规范未对放空量大于4×104m3/h的立管与站场的间距做出相应规定。在考虑了放空立管与站场间距的主要影响因素风速与允许辐射热强度的情况下，利用挪威船级社PHAST软件分别计算了冷放空天然气的扩散、点火放空天然气燃烧辐射热影响强度与范围，并给出了50%的爆炸下限(LowerFlammableLimit，LFL)浓度边界空间分布以及允许热辐射强度为4.73kW/m2的辐射热影响范围。研究结果确定了放空立管与天然气站场的间距，为站内设备操作区、人员住宿区、控制室、值班室等建构筑物的平面布置、站场征地提供了理论依据。

　　关键词:天然气站场;放空立管;间距

　　长输管道天然气站场的放空立管主要用于站场上下游管道线路段和站内天然气的放空。放空立管的形式一般分为含点火装置和不含点火装置两种。通常将含点火装置的放空称为点火放空，将不含点火装置的放空称为冷放空[1-3]。

　　目前中国主要依据GB50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》来确定放空立管与站场的间距：当放空管放空量小于等于1.2×104m3/h时，不应小于10m;放空量大于1.2×104m3/h且小于等于4×104m3/h时，不应小于40m;对于点火放空，火炬的防火间距应经热辐射计算确定，对可能携带可燃液体的高架火炬应选取站场和立管间距为90m。

　　上述规定比较粗糙，由此确定的间距不够准确，造成间距过小会存在安全隐患，而过大则会造成占地面积大、浪费土地资源等情况。基于此，采用国际通用工艺危险源分析软件工具(ProcessHazardAnalysisSoftwareTool，PHAST)分别对点火放空和冷放空两种模式在不同风速下的天然气扩散影响范围、点火热辐射范围进行模拟分析，进而明确放空立管与站场的安全间距。

　　1基础参数与间距选取原则

　　1.1基础参数

　　现行规范确定间距的主要依据为小时放空量，此模拟的依据是在小时放空量的基础上，考虑了放空立管出口端天然气的流速[4-6]。参与模拟计算的天然气组分，其爆炸上限为16.7%，爆炸下限为4.37%，爆炸下限的50%为2.19%;放空立管公称直径为400mm，高度为20m，设计压力为1.6MPa。

　　天然气泄放量及流速的大小对其扩散范围与热辐射范围的计算至关重要[7-9]，直接影响放空立管与站场间距的确定。除了站内计划性放空、安全阀超压泄放、事故状态时站内紧急放空之外，站场还承担上下游线路的放空[10-14]，而一般事故状态时，站内紧急放空为不可控放空，放空持续时间短、瞬时放空流量较大。

　　1.2间距选取原则

　　考虑天然气组分、泄放流速、风速、大气稳定度、大气湿度等因素对天然气在大气中的扩散影响，分析其在大气中不同浓度(爆炸下限、爆炸上限、50%爆炸下限)时的边界空间分布。其中，以50%爆炸下限(LowerFlammableLimit，LFL)体积浓度的边界空间分布作为最不利情况[15-18]。冷放空时，放空立管与站场之间的间距需要大于0.5LFL时最远扩散半径。

　　根据GB50183-2004火炬设计允许辐射热强度，计算点火放空地面上的热辐射范围时，为保证站场内工艺设备区、综合值班室等人员活动区以及周围建构筑物免受热辐射造成的伤害[19-22]，选取允许辐射热强度为4.73kW/m2作为确定间距的依据：没有遮蔽物，但操作人员穿有合适的工作服，在紧急关头需要停留几分钟的区域，或该热辐射强度下，20s以上人感觉疼痛，但皮肤不一定起泡。此时，选取放空立管距离站场及其周边建构筑物的安全距离不应该小于允许辐射热强度条件下计算的最小距离。

　　2模拟计算

　　以某站场为例，其放空时的天然气最大瞬时泄放量为134700kg/h(折合约17.5×104m3/h)，放空立管出口处天然气流速为465m/s。而GB50183-2004中没有对当放空量大于4×104m3/h时，放空立管与站场的间距做出明确规定。按照目前行业的通常做法，当放空量大于4×104m3/h时，参考GB50183-2004中火炬的防火间距，选取放空立管与站场的间距经验值为90m。

　　模拟计算的输入数据，除天然气组分、泄放流速及风速等关键参数之外，还需要大气稳定度、大气湿度等气象参数。通过模拟计算发现，大气相对湿度与大气稳定度的数值波动对计算结果影响甚微。此处，选取站场所在地区常年的平均值：大气相对湿度60%;低风速1m/s时，大气稳定度为非常稳定;全年平均风速10m/s，大气稳定度为稳定;极端风速20m/s，大气稳定度为稳定。

　　2.1冷放空扩散

　　采用PHAST软件对风速分别为1m/s、10m/s及20m/s时冷放空扩散过程进行模拟计算，给出不同风速下不同体积浓度(爆炸上线、爆炸下限、0.5LFL)边界空间分布。风速1m/s时，下风向0.5LFL扩散距离约为8.8m;风速10m/s时，下风向0.5LFL扩散距离约为11.9m;风速20m/s时，下风向0.5LFL扩散距离约为14.1m。即在冷放空时，当风速分别为1m/s、10m/s及20m/s时，放空立管与站场的间距应该分别不小于8.8m、11.9m及14.1m。

　　2.2辐射热范围

　　天然气燃烧产生的热辐射会对人和设备造成损害，损害的程度取决于热辐射强度。通过计算点火放空时产生的热辐射来确定放空立管与站场的间距，从而保证放空立管周围不同区域所受热辐射均在允许范围以内。

　　①在一定水平距离范围以内，当水平距离相同时，风速越大热辐射强度越大;随着水平距离逐渐增大并超出一定范围，风速的大小对热辐射强度的影响逐渐减小，直到可以忽略不计。

　　②风速1m/s时，距离立管30m处辐射热最大(约为2.75kW/m2)，其值小于允许辐射热强度4.73kW/m2;风速10m/s时，允许辐射热强度4.73kW/m2的热辐射影响水平距离为53.2m;风速20m/s时，允许辐射热强度4.73kW/m2的热辐射影响水平距离为66m，即点火放空时放空立管与站场的间距应该不小于66m。

　　3结论

　　在综合考虑风速与允许辐射热强度的条件下，利用挪威船级社PHAST软件分别计算了天然气冷放空时的扩散范围、点火放空燃烧辐射热影响强度与范围，计算结果表明：采用冷放空时，0.5LFL体积浓度对应的最远扩散距离为14.1m;当采用点火放空，允许辐射热强度为4.73kW/m2时，辐射热影响范围最大为66m;计算结果均小于GB50183-2004选取的经验值90m。

　　在当前经济转型发展的大背景下，如何能够更加科学、集约、精细化地开展工程设计是从业者要解决的重要问题。如果能够在此次模拟计算的基础上，通过现场试验验证并完善计算结果，进而改进相关规范，无疑将大幅减少此类天然气场站占地面积，进而带来巨大的经济效益和社会效益。

　　参考文献

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　　[2]李育天，吴长春，雷依婷，等.输气管道计划放空方式对比[J].油气储运，2019，38(4)：429-434.LIYT，WUCC，LEIYT，etal.Comparisonanalysisonthescheduledventingmodesofgaspipelines[J].Oil&GasStorageandTransportation，2019，38(4):429-434.

　　[3]张雯莉.天然气输送管道放空管设计方法研究[D].成都：西南石油大学，2015：24-29.ZHANGWL.Analysisofventingsystemdesignfornaturalgaspipeline[D].Chengdu：SouthwestPetroleumUniversity，2015：24-29.

　　[4]赵晋云，周兴涛，刘冰，等.国内外输气管道放空系统设计标准分析[J].油气储运，2013，32(3)：274-278.ZHAOJY，ZHOUXT，LIUB，etal.Analysisonthedesignstandardsofventingsystemforgaspipelineworldwide[J].Oil&GasStorageandTransportation，2013，32(3)：274-278

　　相关刊物推荐：《石油天然气学报》(月刊)创刊于1979年，是由长江大学主办的石油天然气工业类综合性学术刊物，1989年获准国内外公开发行。读者对象为石油工业及相关行业的科研、工程、技术人员和大专院校师生。欢迎广大作者踊跃投稿。刊登内容为：石油勘探与开发、工业技术、基础科学与应用。

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