海洋平台泄放系统与FLARENET模拟应用

赵晨，胡得朋，刘维维

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）

由于海洋平台采油方式的特殊性及局限性，无法像陆地采油厂那样对可燃和可燃有毒气体进行大量回收及再加工，因此泄放系统成为海洋生产平台上必不可少的安全保障，是安全生产、减少环境污染的重要手段之一。

具体而言，泄放系统和火炬在海上生产设施中有如下用途：

（1）在工艺过程中时而会发生非正常状态，为调节这一非正常状态需对某一环节（容器）或设备（压缩机）在正常工作开始以前，将产生的气体进行处理。

（2）处理无法实现经济利用的多余伴生气。

（3）处理紧急条件下的气体，如海洋生产平台设施在高压非工作状态或低压故障状态下由泄压阀为保证设备设施的安全释放出来的气体。

（4）处理容器、设备和管线的放空气体。

设计火炬系统就是将石油钻完井等开发过程中释放出来的多余气态或液态物质通过管线输送和引导到一个安全位置上燃烧，以达到减少平台设备设施数量，节约作业空间，并保证平台安全的目的。

1 MODEC项目泄放工况分析

1.1 堵塞

（1）一级分离器出口断开。（2）气体压缩系统断开。

根据关断等级分析图（BHPB关断系统设计原理），会引发PSD，关断油工艺系统、气工艺系统。

1.2 外部火灾

（1）气系统。（2）油系统。

火灾面积定义在某一个模块以内，不是根据API 521中规定的230m2。对于气系统的火灾，根据关断等级分析图，会引发公用气/仪表气等系统的突然中断，此时需要打开相应模块的BDV。对于油工艺系统的火灾，会引发原油系统等生产工艺系统的突然中断。

1.3 主电断开

根据关断分析图，关断气系统、油系统、海水系统、淡水系统、乙二醇再生系统。油气工艺系统不泄放，但是为了保护高压气系统，二、三级压缩机的BDV打开。

1.4 仪表气中断

根据关断等级分析图可知，仪表气中断会引发气系统的突然中断，气系统关断，系统内的BDV打开泄放。同时还会关断乙二醇（MEG）再生系统、海水（WS）系统、淡水（WF）系统、原油（CR）工艺生产系统。

1.5 紧急泄放

多相分离器、计量分离器、气体压缩系统、燃料气系统BDV打开泄放。计算出各种工况下系统的泄放量，确定控制工况，作为火炬分液罐以及火炬头尺寸计算基础。

2 MODEC项目中BDV、PSV计算

2.1 火灾工况下BDV计算

计算容器中油气水所占的体积（相关管线中可以考虑1.1的系数）。（1）通过HYSYS模拟将设备入口介质分成油、气、水三股介质。（2）修改油气水三介质的体积流量使之等于容器中各自的体积。（3）将这三项介质混合。

2.2 火灾工况下PSV计算

图1

PSV泄放量计算中，习惯做法为通过HYSYS模拟，首先定义操作条件下的需要泄放的介质，随着不断吸收热量，模拟过渡到阀的设定条件，同样再到阀的释放条件。然后通过多级闪蒸模拟阀的泄放量。假定每次闪蒸之间的温差为3～5℃，一般来说，温差越小，计算出的释放量越精确，但相应闪蒸次数会增多，为了减少闪蒸次数，温差取5℃。

而MODEC项目的做法是根据API 521中的公式Q=21000FA0.82计算暴露于明火中的容器的吸热量，通过模拟得到在阀释放条件下物流的汽化潜热q。阀门的泄放量W＝Q/q。一般来说PSV不需要备用。如果有例外情况需要得到BHPB批准。

图2

3 FLARENET模拟

3.1 在进行管网设计之前，必须对要处理的流体的成分进行确定。用户可以用组分数据库里的数据，也可以自己定义组分（虚拟组分）。经常用的是从HYSYS中导入流体组分。

图3

3.2 建立不同的泄放工况，对整个管网系统来说，一个工况就定义了一组源的状态（泄放源的数量、泄放的流量、压力和温度）。火炬系统的设计是由许多工况组成。MODEC项目考虑了堵塞、火灾、主电断开、仪表气供应中断、紧急泄放等工况。

输入释放管汇的限制条件：这些条件包括马赫数，气体流速，液体流速，噪声等。比如说，对一般释放，马赫数可以限制在0.3以内；在管网的紧急释放时，系统中可能会出现最高流量，因此马赫数可以限制在0.5或更高的值。

图4

图5

3.3 根据ISO图建模

图6

输入管线的参数，直径，壁厚，长度、高差以及相应的管件。

释放源的数据：

图7

需要注意的是：对于PSV出口管线应该在管线编辑中选中TAIL PIPE。

图8

3.4 计算

计算结果中红色字体表示某些数据（一般是背压、马赫数）超出设计限制条件。表明此段管线的尺寸设计的不合理。应该手动修改管线尺寸（不推荐用软件的去瓶颈计算）。

图9

4 结束语

随着国家对环境保护要求的不断提高以及对人身安全的日益重视，生产平台泄放系统的设计合理性以及可靠性研究显得十分重要。目前，国内外推崇的设计计算方式主要是以API RP 521为基础，但其主要侧重于陆地大型化工厂或炼油厂内的泄放系统。海洋平台的生产地点与工艺流程都有其特殊性，因而在设计海洋平台泄放系统时需有不同的思路。尤其是当今海洋平台不单单是采油，大型的海上气田开发前景更为广阔，需要更为有效且创新的设计理念。

◆参考文献

[1] 陈荣旗. 海上平台火炬系统设计泄放量的确定[J].中国海上油气（工程），1997，9(5)：4-7.

[2] 刘茜，李春磊. 海洋平台压力容器安全阀最大泄放量的确定[J].船海工程，2013，42(3)：182-183.