inplaf在工厂管网系统中的应用

inplaf在工厂管网系统中的应用

1常规压降法及计算背压与管口压降火炬是石油化工、发电厂和化工的最终安全屏障。这是处理事故或正常生产过程中产生的燃料、易爆、有毒和腐蚀气体的装置。反应方法是将燃料、易燃、有毒和腐蚀气体通过燃烧转化为无害、气味和毒性物质。火炬系统由火炬气排放管网和火炬装置(简称火炬)组成。一般来说,各生产装置或生产单元的火炬支干管汇入火炬气总管,通过总管将火炬气送到火炬。火炬是石油化工厂安全生产的必要设施,因此火炬系统的计算是化工设计的重要内容,主要包括确定排放负荷和计算火炬管网的压降。火炬管网的压降计算是个很复杂的问题,由于排放介质是可压缩流体,其速度和密度随管道长度的变化而变化,不能用简单的函数关系来表示,其压降计算往往需要反复的迭代试算才能完成。对于单根火炬管道,可以采用常规的可压缩流体压降的计算方法,以管道入口为起点,通过试算得出终点压力和管道压降。而对于火炬管网,往往会有多个泄放装置同时泄放,考虑到它们相互间的影响,必须满足交汇处压力相等,才能保证各泄放装置顺利排放。这样一来,若仍以常规的压降计算方法沿流体流动方向来计算,会使复杂的试差计算更加困难。近年来,一种基于出口压力,反算入口压力及支管管径的方法经实践证明效果良好,API521上有这种方法的详细介绍。管线的尺寸确定一般从系统出口开始,出口压力是大气压,然后朝各支管接点逐段反推,重复进行操作直到各装置界区接点处或设备的安全阀出口处,检查计算得出的背压与装置接点处或设备安全阀出口的最大允许背压(maximumallowablebackpressure,简写成MABP)的差值,计算背压应小于最好是接近最大允许背压,如果计算背压与MABP差值较大,就应调整管径,重新计算,直到计算背压接近MABP。此方法虽然能在一定程度上简化计算,但是仍然需要分管段试差。随着计算机技术的发展,模拟计算软件发展十分迅速。借助成熟可靠的计算软件,不仅能提高设计的准确性,还能大大提高工作效率。美国SimSci公司1970年代开发的工艺模拟计算软件INPLANT,有十分友好的用户输入和运行界面和输出报表,采用工业标准的方法库与数据库,先进的网络求解算法,使设计人员能够快速准确地评估火炬管网是否满足要求,尤其是工艺装置发生变化时。下面结合笔者工程经验,介绍使用INPLANT计算火炬管网的方法。2系统的应用要求INPLANT软件采用逆向求解,从火炬点开始,往回推算到排放源即装置和设备排放点。根据各排放源的排放条件(排放量、温度、组成等)、排放管网的布置、火炬点所需的压力和总排放负荷,进行计算。INPLANT软件在火炬系统中的应用要求:(1)只能用于已明确的组分系统(CompositionalSystem);检查各排放源的背压与MABP的差值,如果其值小于而且接近MABP则背压满足要求。如果背压大于MABP,扩大泄放管道的管径;如果远远小于MABP,则要适当缩小管径以减少投资。对于常规式安全阀,MABP是安全阀定压的10%,对波纹管平衡式安全阀MABP可允许为安全阀定压的30%。根据各排放源泄放管道流体的流速和临界速度计算其马赫数M,为了保证火炬气的顺利排放,应使M小于0.7。3工程应用的例子3.1火炬系统冲压某石化装置火炬气排放管网水力计算的设计数据如下:火炬装置(包括火炬头、火炬筒体、气体密封器、火炬气出口的速度头、水封罐和分液罐)压降为28kPa,该管网如图1所示,Z为火炬装置,该系统内有五个排放源,分别为A、B、C、D和E。表1为火炬系统排放条件,表2为管段条件。3.2计算结果的背压根据以上条件建立管网模型,输入基础数据,计算结果如下:由表3数据可知,L11、L10、L09、L08和L08分别对应A、B、C、D和E的出口管道,计算所得的各泄放源的背压分别为156.4kPa、156.44kPa、161.6kPa、155.96k和157.84kPa,均小于204kPa;泄放流体各管段的流速均小于0.7马赫。背压和流速均满足要求,可以满足装置的安全运行。3.2源的背压对比采用API521推荐的计算方法计算各泄放源的背压,与INPLANT软件计算的结果对比,如表4所示。由表4可以看出,各点的压力值误差均较小,在工程设计的允许范围内。4火炬系统的计算步骤INPLANT使用简单方便,计算结果安全可靠,可广泛应用于火炬管网的设计。(2)已知火炬点(Sink)的压力和排放源点(Source)的排放量;(2)只允许在火炬总管上有分离器;(3)逆向求解,一般不存在网络收敛问题。INPLANT软件在火炬系统的设计中,通常有以下两种计算模式:(1)给定各个排放点的负荷,火炬点的背压及管道尺寸,求各个排放点的背压;(2)已知各排放点的背压,求管道尺寸。如果求得的背压大于排放压力,则可改变管道尺寸来满足;本文只介绍第(1)种模式,计算步骤如下:(1)建立管网模型;(2)输