原油泄压罐紧急泄压设施的设计选择

任洪理 中国石油工程建设公司 北京 100120

原油泄压罐紧急泄压设施的设计选择

任洪理*中国石油工程建设公司 北京 100120

以某原油输送中泄压罐泄压设施为例，采用API国际标准，简述原油紧急泄放装置瞬间泄放的计算方法以及设计中原油泄压罐的泄压流量最大面积与储罐顶面积的比值选定。

泄压罐紧急泄压口高压系统

1 概述

紧急泄压设施是安装在泄压罐顶上的空间气体排放设施。它分为压力排放式、弹簧载荷式、重力荷载式及标准典型式结构。

在原油管道输送过程中，泄压系统方案的选择至关重要。紧急泄压口的技术安全分析与选择、排放终端设施的计算是保证原油管道正常生产操作的关键。

原油储罐操作中有时会出现非正常状况，如泄压罐上游调节阀失效、内加热器损坏或遇到外部火焰都将使储罐内部超压，若不采取紧急放空措施，势必导致储罐被破坏，甚至造成生产停产或引起火灾。因此大型储罐应设置安全紧急泄压装置，以防事故发生。

2 设计原则

(1)合理的工艺系统与配套的安全泄压方案，采用紧急减缓放空模式达到合理的安全放空等级。

(2)事故状态下可靠的储罐紧急放空及安全操作瞬间泄放合理性。

(3)辅助系统配套，设计能力满足正常生产或事故状态下需要。

(4)达到节能、消防、安全等规定要求。

3 设计案例

3.1 泄压系统状态

某原油管道输送项目的泄压系统方案选择了四个关键的泄压系统，从高压系统减低到大气压力状态，这是一个完整的泄压系统的表述，是本文要分析研究的核心，见表1。

表1 泄压系统状态

采用泄压设施的目的是为了将来自上游的高压原油平稳安全输送到下游，是保证原油管道系统的操作安全运行的必要措施。

本文重点分析表1中的泄压系统－2的状况，研究的复杂泄压撬系统与泄压罐为一个系统，泄压罐的紧急泄压设施为泄压系统的末端进入大气中。

3.2 计算

对紧急泄压设施的尺寸计算，需要考虑原油本身的性质，本案例做出如下设计计算和分析。

3.2.1 设计参数

按照20%考虑设计余量，在API 2000中一般是不给出的，由设计者根据经验确定。

泄压罐介质:原油

罐保温情况:无保温

罐外围尺寸:D 22.5 m

标准高度:H 16.0 m

环境因素:F 1.0

蒸发潜热:L 1570 kJ/kg

分子量:原油M 178，空气M(air)28.79

热效率:Kh 1.16

温度:T 357°K

压缩因子:Z 1.0

入口流量压力:P11.0 bar(G)

出口(返回)压力:P21.0 bar(G)

大气压力1.0138 bar(G)

3.2.2 泄压系数选择

泄压系数的选择见图1。

图1 对使用泄压系数方法的放空设施测试能力典型限定流率

从图1中可见，对每个设施的泄压系数Kp的最适合曲线的绝对压力比值P2/P1，研究的泄压系数Kp值曲线均在±5%的曲线范围内。这个放空设施系数的测试方法，对任何压力范围均有效。

特殊设计的泄压系数Kp由下式计算:

Kp=真实流量/理论流量

泄压系数的计算方法，适合更多的特殊设计，其设计值与几何值相似，放空管线设施泄压系数，按API 2000规定的程序方法进行选择和计算。

3.2.3 最大放空量

根据API 2000标准规范，对最大放空量按空气流率参数计算紧急放空口尺寸。按照API 2000表中见3B角标，垂直罐湿润面积是按罐体壳总面积的计算，即以高9.14m以上为计算依据。

罐表面积A为:

按表2中序列4输入热量并计算

表2 热量输入关联式的选择

储罐出现火灾辐射时最大放空能力理论计算按式(2):

式中，Vr为放空量，Nm3/h(按空气考虑);Q为输入热量对储罐火灾时直接辐射，W。

3.2.4 设计时放空量计算

按超过Vr的20%的考虑设计余量:

式中，Vrf为考虑20%设计余量时的放空量。

泄压设施的最小面积A，按式(4)计算(均以空气为介质的测试)

式中，A为设备面积的最小流量，cm2;P1为进入设备的压力，bar(G);P2为设备出口压力，bar (G);K为测试介质的特殊热因子;T为装置进口的绝对温度，°K;M为测试介质的分子量;Z为压缩因子，为评价输入条件(如果不知道，选择Z= 1.0)。

3.2.5 紧急泄压设施选定

根据API2000和项目数据表，根据计算结果，假定按36英寸考虑，则每个泄压口面积为6567.78 cm2，可选择2台紧急泄压设施。

根据API 2000和项目数据表，考虑特殊工艺方案因素，按安全泄压方案的紧急减缓放空模式进行选择，按32英寸考虑，则每个泄压口面积为5024 cm2，可选择3台紧急泄压设施。

结合工程实际，综合各种因素并根据计算和分析结果选择了3台32英寸紧急泄压设施。

3.2.6泄压口面积与泄压罐顶面积比值

通过计算过程推导分析得到如下结果:

式中，A1为泄压口面积，m2;A2为泄压罐锥顶面积，m2。

A1与A2比值为0.38%(1.507/398)。

通过计算选择和推理得出，泄压罐的泄压口流量的最大面积与罐锥顶面积的比值在0.3%～0.5%较为适宜，选值是在API 2000规范内。

4 结语

(1)结合API 2000规范进行全过程分析，对紧急泄压设施进行的计算选择，验证了选择在规范框架内是安全合理的。

(2)介质为原油时泄压罐紧急泄压口规格及数量选择，按流量面积比值0.3%～0.5%是较为适宜的经验参数，可供工程设计参考。

1 ERGILGROUP Serving Oil，Gas，Chemical，Petrochemical and Power since 1983，UAE．

2 API standard 2000 FIFTH edition，Venting Atmospheric and Low－Pressure Storage Tanks(Non refrigerated and refrigerated)，April 1998．

3 API standard 620 TENTH edition，Design and Construction of Large，Welded，Low－pressure Storage Tanks，February 2002．

4 任洪理等．大型储罐双浮盘无胎架建造方法研究［J］．化工设计．2010，20(6)．

Taking the pressure relief device of a pressure relief tank on the way of crude oil transfer as an example and using API 2000 Standard，this paper briefly describes the calculation method for transient relief of the crude oil emergency relief device as well as the selection of the ratio of the max．vent area to the tank roof area．

Design Evaluation and Analysis on Emergency Pressure Relief Device of Crude Oil Pressure Relief Tanks

Ren Hongli
(China Petroleum Engineering＆Construction Corporation Beijing 100120)

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*任洪理:高级工程师，注册化工工程师。1982年毕业于吉林化工学院，1999年获吉林大学高分子化学与物理专业理学硕士学位。一直从事工程设计工作，发表论文20余篇。联系电话:(010)58192122。

(修改回稿2012－01－27)