标题: 天然气处理厂放空火炬影响分析与模拟计算 [打印本页] 作者: 小水 时间: 2013-5-6 10:12 标题: 天然气处理厂放空火炬影响分析与模拟计算 影响分析和模拟, 得出该放空火炬在不同风速下, 不使人员
产生热辐射影响的最小安全距离。
珜键词 天然气; 放空火炬; 热辐射强度; 气体扩散; 模拟
( 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
近几年来, 由天然气引发的事故越来越多, 对环
境和安全造成的影响也越来越大, 例如: 2004年7月
28日, 哈尔滨某化工厂60 000 t /a合成甲醇压缩机
放空管遭雷击发生着火事故, 损失惨重。因此, 对天
然气放空火炬燃烧效率、热辐射、气体扩散等的研究
显得尤为重要。
* 文章编号: 1003- 3033( 2008) 07 - 0023- 06; 收稿日期: 2008- 03- 17; 修稿日期: 2008- 06 - 30
为保障天然气处理厂安全平稳运行, 以春晓天
然气处理厂为研究对象, 围绕热辐射和扩散等关键
问题, 详细论述了天然气处理厂放空火炬的影响分
析和模拟计算。天然气处理厂设置了放空立管, 泄
放超高限的压力, 排放运行作业中的废气或实现紧
急状态下的事故放空。放空天然气是一种严重的污
染源, 而且其主要组分甲烷对远红外辐射的吸收比
二氧化碳更强烈, 因而具有更强的温室效应。一般
情况下均应点火, 通过燃烧, 使该类可燃、有毒、腐蚀
性气体危害变小, 同时燃烧释放的热能也将加速排
放气体在大气中的扩散[ 1] 。设计合理的放空立管
能保证火炬燃烧效率、热辐射、气体扩散和火雨等完
全满足环境保护有关要求, 有效减轻污染和其他公
害, 改善环境质量。使工程设计的社会效益、经济效
益和环境效益相统一。
笔者将围绕热辐射和扩散等关键问题, 详细论
述天然气处理放空火炬的影响分析和模拟计算。
笔者的创新点以及采取的方法: 提出需要进行
危险性评估的4种工况; 采用喷射扩散模式计算喷
射火焰的热辐射, 模拟不同工况下, 风速不同时的热
辐射强度曲线; 采用高斯三维模型计算气体扩散浓
度, 得出了不同工况下, 风速不同时气体扩散长度和
高度, 并对放空火炬紧急工况时不同风速下的气体
扩散进行了模拟; 通过影响分析和模拟, 得出了该放
空火炬的安全评估结论。
春晓天然气处理厂是东海春晓气田群开发工程
的重要组成部分。春晓气田群位于宁波市东南方向
约350 km 的东海大陆架海域, 生产的天然气经春晓
中心平台初步处理后, 通过28! 344. 97 km 的海底
管线输送到春晓天然气处理厂; 凝析油通过8!
60 km的海底管线输送至平湖油气田海上平台, 与平
湖油气田生产的原油一起通过海底管线输送到岱山
原油中转站。
1 工程概况
春晓天然气处理厂区主要灾害性天气为热带气
旋及暴雨, 7# 8月间常有热带风暴。需要进行火炬
热辐射危险性评估的典型工况可以归纳为4种:
1) 平时火炬释放速率为3 104 m3 /d;
2) 一台压缩机故障时释放速率为10 ㄢ 4 m3 / d;
3) 紧急事故释放速率为50 104 m3 /d;
4) 紧急事故释放速率为100 104 m3 /d。
其中, 前两种工况持续的时间比较长, 定义为正常
工况; 后两种工况持续时间很短, 定义为紧急工况[ 2]。
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。热辐射的不同强度可
造成的损害如表1所示[ 3] 。根据国家规定: 未计太
阳辐射热( 0. 79~ 1. 04 kW /m2 ) , 操作人员需要长
期暴露的任何区域的允许热辐射强度是
1. 58 kW /m2 [ 4 ] 。
笔者基于春晓处理厂火炬参数及气象情况, 在
正常工况和紧急工况下运行时, 对距离火炬不同远
的3个点的热辐射强度进行了计算, 3个点分别在
下风向距离火炬40m, 70m, 120m, 通过模拟计算出
热辐射强度是指火炬燃烧时, 在下风向距离火炬不
同远的地面1. 5m处形成的热辐射强度。
表1 热辐射的不同强度可造成的损害
强度( kW /m2 ) 对设备的损害对人的损害
1. 6 #
长时间辐射无不舒
服感
4. 0 #
20 s以上感觉疼痛;
但皮肤不一定起泡
12. 5
有火焰时, 木材
燃烧、塑料熔化的
最小能量
10 s, 1 度烧伤;
1 m in, 1% 烧伤
25
在无火焰、长时
间的辐射下木材
燃烧的最小能量
10 s, 重大损伤;
1 m in, 100% 死亡
37. 5
操作设备全部
破坏
10 s, 1% 死亡;
1 m in, 100% 死亡
2 热辐射强度模拟
2. 1 模拟计算
火炬山坡海拔高17m、放空火炬高度为85m、
周围建筑物高度约20m、火炬头直径700mm、火炬
筒体直径700 mm、风管直径1 740 mm、处理量为
760 104 m3 /d。采用喷射扩散模式计算喷射火焰
的热辐射。设喷射火焰为一系列由沿喷射中心线分
布辐射出相等热量的辐射源组成. 热辐射强度
