模拟软件泄压模块在压力泄放设计中的应用
复杂物系压力容器安全阀泄放过程的HYSYS动态模拟
HYSYS 动态模型, 清晰地模拟出了某三相分离器压力安全阀在火灾工 况下的泄放过程, 得出了火灾工况下设备的最大泄放量及对应的物性参数 , 为复杂物系压力容 器安全阀的计算及选型提供了有益的参考。 关键词 : 复杂物系; 压力安全阀 ; HYSYS 动态; 泄放量
摘 文章编号 : 1006 5539( 2010 ) 06 0055 03 文献标识码 : A
要 : 通过建立的
下安全阀的泄放过程进行模拟。
0 引言
石油工业上常用的三相分离器 , 处理的是具有 宽沸点范围的多元混合物。在火焰连续燃烧下 , 容 器内流体的温度以及压力逐渐升高, 当达到设定点 时压力安全阀 PSV 打开, 开始泄放。在泄放压力下 温度继续升高, 各组分按沸点由低到高逐渐汽化, 溶 解的蒸气受热后也从液体中释放出来。 火灾工况下 , 随容器内蒸气的泄放, 容器内的蒸 气及液体组成是变化的, 温度和潜热值也是变化的 , 蒸气泄放的最大量不仅取决于吸热率, 也取决于容 [ 1~ 2] 器内各种组分的实际组成 , 因此采用常规方法 PSV 的最大泄放量及泄放流体的特性参数都是很难 确定的。对于有着宽沸点范围的多元混合物 , 必须 建立与时间有关的模型 , 才有可能计算出蒸气最大 [ 1] 的泄放量 。 HYSYS 是 H ypro tech 公司推出的一款石油化工 [ 3] 模拟软件 , 广泛应用于 石油化工的静态 模拟, 本 文利用 HYSYS 动态方法对复杂物系压力容器火灾
第 28 卷第 6 期 2010 年 12 月
天
然 气 与 石 油 N atural Gas And O il
V o. l 28 , No . 6 D ec . 2010
复杂物系压力容器安全阀泄放过程 的 HYSYS 动态模拟
基于仿真模拟的水击泄放量研究
基于仿真模拟的水击泄放量研究作者：陈小华徐德腾李旺黄建新秦鹏郑鸿浩来源：《当代化工》2020年第11期摘要：介绍了水击保护系统以及泄压系统的开启逻辑，分析了目前泄压系统中影响水击泄放量的主要因素。
采用工艺管道水击仿真的方法探讨了不同水击工况对泄放量的影响。
以西南某管道泵站为例，创新性地引入超前保护失效的极限工况，计算显示极限工况下当上游泵站持续输送油品时下游站场进站泄压系统持续进行泄放，下游站场进站压力始终在泄压阀开启压力值上下波动，在站场人员关闭泄压阀手动阀门前，泄压罐不足以容纳极限工况下的水击泄放量。
关键词：水击仿真;泄压系统;泄放量中图分类号：TE978 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2020）11-2552-04Research on Surge Release Volume Based on SimulationCHEN Xiao-hua1， XU De-teng1， LI Wang1， HUANG Jian-xin1， QIN Peng1， ZHENG Hong-hao2（1. PetroChina Southwest Pipeline Company， Chengdu 610094， China;2. School of Petroleum Engineering， Southwest Petroleum University， Chengdu 610500，China）Abstract： The water hammer protection system and the opening logic of the pressure relief system were introduced， and the main factors affecting release volume in the pressure relief system were analyzed. The method of pipeline simulation was used to investigate the influence of different water hammer conditions on the release volume. Taking a pipeline pump station in Southwest of China as an example， under the limit condition of advance protection failure， the simulation calculation was carried out. The results showed that， under the limit condition of water hammer，when the upstream pump station continued to deliver oil and the surge relief valve of downstream station continued to work， the inlet pressure oscillated near the pressure of surge release valve working pressure. Before the staff closed the manual valve， the tank was not enough to accommodate the release volume under the limit condition of water hammer.Key words： Water hammer simulation; Surge release system; Release volume20世纪80年代以前，我国设计的长距离输油管道大多通过“旁接油罐”的方式来调节管道流量波动和缓冲压力波动。
大连理工大学科技成果——压力容器超压泄放智能设计软件
大连理工大学科技成果——压力容器超压泄放智能
设计软件
一、产品和技术简介：
压力容器超压泄放智能设计软件可以进行安全泄放设计及泄放装置选型操作。
软件主要特点有：
①多标准泄放设计：可依据GB567、API520、ISO4126标准进行单相流物理超压泄放设计，依据DIERS进行两相流物理超压泄放设计，依据NFPA68进行化学超压泄放设计；
②多类型泄放设计：可对压缩气体、液化气体、水蒸气、液体、两相流、可燃气体、可燃粉尘、多组分进行泄放设计；
③多数据库支撑：软件内含气体物性、汽化潜热、液体粘度、介质基本燃烧速率等数据库；
④泄放装置选型：软件提供较为权威的泄放装置选型功能。
软件提供帮助文档，内含较为详细的泄放设计标准、设计案例、软件操作教程。
二、应用范围
该软件能够在石油、化工、电力、核工业等设计单位推广使用，同时也可以向高等院校和科研院所推广。
三、生产条件：仅需一人操作即可。
四、成本估算：在个人PC上操作，无需其他成本。
五、规模与投资：每套软件投资不超过10万元。
产业化情况：实验室阶段。
六、市场与效益
压力容器安全附件的设置，建立在正确进行安全泄放设计基础上。
目前国内的石油、化工行业设计院设计人员越来越需要准确进行泄放设计。
开发和推广安全泄放智能设计及计算软件可以满足上述要求。
七、提供技术的程度和合作方式
提供整套技术软件及后续升级，培训操作人员。
面向快速泄压环境模拟的瞬间泄压机构设计
道，舱门从 0°开启到 90°用时约 280 ms。本研究将为今后研发面向大口径泄压通道的瞬间泄压机构，并
应用于大型快速泄压环境效应试验装置建设提供参考。
关键词：快速泄压；瞬间泄压机构；大口径泄压通道；动力学建模
中图分类号：V223
文献标志码：A
文章编号：1673-1379(2019)04-0387-06
面向快速泄压环境模拟的瞬间泄压机构设计
韩 潇1，冷 巍1，吕世增1，王军伟1，张 磊1，张新彬2*，闫继宏3
（1. 北京卫星环境工程研究所，北京 100094； 2. 哈尔滨工业大学 空间基础科学研究中心，哈尔滨 150001； 3. 哈尔滨工业大学 机器人技术与系统国家重点实验室，哈尔滨 150080）
引用格式：韩潇, 冷巍, 吕世增, 等. 面向快速泄压环境模拟的瞬间泄压机构设计[J]. 航天器环境工程, 2019, 36(4): 387-392 HAN X, LENG W, LÜ S Z, et al. Design of fast-pressure-relief mechanism for fast-pressure-relief environment simulation equipment[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2019, 36(4): 387-392
3. State Key Laboratory of Robotics and System, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, China)
Abstract: To study the fast-pressure-relief effect, a novel mechanical facility capable of instantaneous depressurizing is designed for large-sized pressure relief openings, and the related kinetic and dynamic modeling studies are carried out. The mechanism consists of a spring-based energy storage mechanism, a connecting rodtype latching mechanism, an SEA-based locking/releasing mechanism, and an inertia wheel-based electromagnetic buffer mechanism. It enjoys several advantages like the easy maneuverability, the repeatable usage, and the high testing efficiency. The finally designed fast-pressure-relief mechanism can enable a 750 mm diameter pressure relief door to shift from 0° to 90° position within 280 ms. This work provides some theoretical basis and technical support for the development of the large-sized pressure relief environmental simulation equipment in the future.
海洋平台泄放系统与FLARENET模拟应用
- 55 -第10期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）[摘 要] 在石油钻完井等开发过程中，普遍会释放大量的伴生气体，这些气体多为烃类，易燃且含有毒性与腐蚀性。
应当安全及时地将其泄放，避免直接排放到大气中，以杜绝可能造成的火灾、环境污染等生产事故。
海洋平台的生产地点与工艺流程与陆地油田不同，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。
[关键词] 海洋石油平台；泄放系统；FLARENET模拟作者简介：赵晨（1986—），男，满族，天津人，大学本科，学士学位，工程师。
主要从事海洋石油工程详细及施工设计工作。
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230m 2。
使用HYSYS辅助计算超临界流体泄放汇编
使用HYSYS辅助计算超临界流体泄放摘要：本文介绍了一种超临界流体火灾工况下超压泄放流率的计算方法，并使用HYSYS 辅助计算了一个示例。
关键字：超临界流体、超压泄放流率、HYSYS安全阀是一种安全保护用阀，主要用于锅炉、压力容器和管道上，控制其压力不超过规定值，对人身安全和设备运行起重要保护作用。
随着科技的发展，石油化工生产操作温度操作压力越来越高，从而使安全阀的泄放压力超过临界条件的情况也越来越多。
对于纯净物质，根据温度和压力的不同会呈现出液体、气体、固体等状态变化。
在温度高于某一数值时，任何大的压力均不能使该纯物质由气相转化为液相，此时的温度即被称之为临界温度Tc；而在临界温度下，气体能被液化的最低压力称为临界压力Pc。
当物质所处的温度高于临界温度，压力大于临界压力时，该物质处于超临界状态。
温度及压力均处于临界点以上的流体叫超临界流体。
在超临界状态下，液体与气体分界面消失，汽化潜热接近于零，如按照通常的安全阀火灾工况泄放量计算方法，泄放量=热量/汽化潜热，由于此时汽化潜热接近于零，安全阀的泄放量将非常大。
但实际情况并非如此，超临界流体由于气液不分，会充满整个容器，在火灾工况下，随着热量的输入容器中超临界流体温度（泄放温度）不断升高，压力基本恒定（为泄放压力），受热膨胀，安全阀的泄放量应为超临界流体的体积膨胀量。
这一点和安全阀的热膨胀工况相似。
随着大型电子计算机的出现，计算方法得到迅猛发展，应用到化工过程上，形成了化工模拟软件。
而HYSYS由于它的编写语言的优势，可以实时进行模拟，也就是修改了某一数据，HYSYS可以实时模拟给出新的物性，使其在这一方面，与其他模拟软件相比具有一定的优越性。
本文主要介绍超临界流体火灾工况下安全阀的泄放量计算方法，以及如何使用HYSYS使计算变得方便简洁。
一、超临界流体火灾工况安全阀泄放速率公式推导首先将超临界流体火灾工况的泄放过程按泄放温度递增（有利于物性模拟），比如10个点，不同的温度对应着不同的时间点。
泄压装置在工程中的应用
丝 路 视 野在气体灭火系统的防护区中设置泄压装置，是为了保证气体灭火系统具有较好的应用性能，防止在防护区灭火剂喷放的过程中，防护区压力过大，破坏防护区的围护结构，另外，防护区内部的压力越大，气体从喷头处喷放出来的阻力也越大，不利于灭火。
一、泄压装置的类型（一）泄压装置从工作原理上分为电动自动泄压阀和机械式自动泄压阀电动自动泄压阀的工作原理是泄压阀安装后，泄压阀的测压装置全天实时监控防护区的压力。
火灾发生后，气体灭火系统启动灭火剂释放，防护区的压力会随之升高。
当压力升到自动泄压阀设定的压力值后，泄压阀装置发出动作信号，执行机构将开启泄压装置的叶片，快速释放防护区内的超压空气，保护防护区结构。
当防护区内的压力下降到相关设定值后，泄压阀的测压装置再发出复位信号，关闭叶片，以保持住防护区的灭火浓度。
机械式自动泄压阀的工作原理是通过泄压阀的叶片的自重调节开启程度。
当防护区压力升高达到一定的数值时，推动泄压装置的泄压窗开启泄压装置，当压力降低时泄压窗关闭泄压装置，以保护防护区的围护结构。
实际工程应用中自动泄压阀的结构及动作原理比较复杂，并且涉及与其他专业对接的问题。
而机械式自动泄压阀比较简单，实际工程中用的范围更广。
（二）泄压装置常见的有碳钢和不锈钢两种材质，工程上用得比较多的是碳钢，除非项目在招标时专门提出来需采用不锈钢。
（三）泄压装置从压力等级上分由于自动泄压装置国家标准尚未出台，仅能从《气体灭火设计规范》 GB 50370条文3.2.6中“防护区维护结构承受内压的允许压强，不宜低于1200Pa ”中推断出，泄压装置的泄放压力≤1200Pa，市场上泄压装置的压力设定值各不相同。
我司的产品就有400Pa、800Pa、1000Pa三种规格，均获取国家相关权威认证部门合格证书；市面上现存的100Pa、1200Pa产品，也都是得到认证部门许可。
泄压装置泄压压力值设定过低，虽然可以更好地保护防护区的围护结构，但是在火情发生系统动作后，释放的灭火剂使保护区压力迅速上升，很快到达泄放压力值，打开泄压装置，灭火剂泄露，达不到灭火浓度，灭火效率降低，甚至导致灭火失败。
安全泄压装置课程设计
安全泄压装置课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解安全泄压装置的基本概念、工作原理及其在工程实践中的应用。
2. 学生能掌握安全泄压装置的主要类型、结构组成及其功能。
3. 学生能了解安全泄压装置在保障设备运行安全中的重要性。
技能目标：1. 学生能运用所学的知识分析实际工程案例中安全泄压装置的设计和运用。
2. 学生能通过小组合作，设计简单的安全泄压装置，提高解决问题的能力。
3. 学生能运用相关工具和设备对安全泄压装置进行检测、维护和故障排除。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习安全泄压装置，培养对安全生产的责任感和使命感。
2. 学生在小组合作中学会尊重他人意见，培养团队协作精神。
3. 学生通过了解安全泄压装置的应用，增强对科学技术的兴趣和热爱。
课程性质：本课程属于工程与技术学科，旨在培养学生的实践操作能力和安全意识。
学生特点：初三学生具备一定的物理基础和动手能力，对实际应用有较高的兴趣。
教学要求：结合学生特点，注重理论知识与实际应用的结合，提高学生的实践操作能力和安全意识。
在教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 安全泄压装置的基本概念与工作原理- 定义、作用及分类- 常见的安全泄压装置及其工作原理2. 安全泄压装置的结构与功能- 泄压阀、安全阀、爆破片等主要部件的结构组成- 各部件在泄压过程中的功能及相互关系3. 安全泄压装置的应用案例- 案例分析：不同场景下安全泄压装置的应用- 实践操作：模拟实验，了解安全泄压装置的实际工作过程4. 安全泄压装置的设计与制作- 设计原则与方法- 小组合作：设计简单的安全泄压装置，并进行性能测试5. 安全泄压装置的检测与维护- 检测方法及注意事项- 故障排除与日常维护教学内容安排与进度：第一课时：安全泄压装置的基本概念与工作原理第二课时：安全泄压装置的结构与功能第三课时：安全泄压装置的应用案例第四课时：安全泄压装置的设计与制作第五课时：安全泄压装置的检测与维护本教学内容依据课程目标，结合教材相关章节，确保科学性和系统性，旨在帮助学生掌握安全泄压装置的相关知识，提高实践操作能力。
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模拟软件泄压模块在压力泄放设计中的应用
摘要：系统的压力泄放过程是一个动态过程，在泄放过程中，系统的压力、温度、泄放量、组成等都会随时间变化。
传统的方法只能用经验公式对泄压设备的尺寸进行估算，计算结果比较保守，且不能反映系统温度、压力的变化。
Pro II、Aspen Plus和Aspen Hysys等流程模拟软件都提供了模拟压力泄放过程的工具，不仅可以计算泄压装置的尺寸，而且可以准确描述泄放过程中，系统压力、温度、泄放量随时间的变化，有助于设备的选材、下游火炬系统的设计等工作。
笔者对这些压力泄放模块的功能进行了对比，并介绍了Aspen Hysys在确定泄压装置尺寸、核算设备内壁温度等设计中的应用。
关键词：压力泄放流程模拟动态流程模拟Pro II Aspen Plus Aspen Hysys
在装置停车时或者发生火灾等紧急情况下，系统需通过泄压装置进行泄压。
泄压是一个动态过程，对于气相系统，在没有外部火灾的情况下，泄压时系统的压力会逐渐降低，在膨胀过程中温度也有一定的变化；在有外部火灾的情况下，物料在泄放的同时，还会受热膨胀，如泄压装置尺寸过小，系统压力反而还会上升；对于含有液体的系统，除压力、温度外，泄放气体的组成也会不断变化。
泄放系统的设计与被泄放系统的大小、物料性质、泄放压力、泄放温度和火灾情况等诸多因素有关，通常只能按近似的办法估算所需泄放能力。
如果泄放能力过小，在规定时间内无法充分泄压，会出现安全事故；如果泄放能力过大，一方面成本会增加，另外也有可能导致火炬系统超载。
如今，流程模拟软件已成为工艺设计人员最重要的设计工具，它将热力学模型、物性计算、单元操作模拟集成在一个平台中，不仅提高了设计人员的效率，更重要的是设计准确性有了极大提高。
在Pro II、Aspen Plus和Aspen Hysys等主流流程模拟软件中，都有压力泄放模块，笔者将对各泄压模块进行对比，并介绍其在泄压系统设计中的应用。
一、各流程模拟软件泄压模块的比较
在Pro II中，泄压模块与其它模块一样，可以放置在流程图上，然后连接进出物流；在Aspen Plus 中，泄压模拟是Flowsheeting Option中的一个功能；在Aspen Hysys中，可以通过动态泄压模拟工具进行模拟，每个泄压工具会对应一个动态子流程。
在此对各模块的具体功能进行比较。
1.泄放系统初始条件的确定
与常规流程模拟类似，模拟之前要选择组分和热力学方法并确定泄放系统的初始组成和压力、温度等条件。
泄放系统的初始组成是整个系统在泄放前物料存量的组成，各泄压模块的确定方法如表1所示。
2.泄放时的传热
在泄放过程中，如果设备设有保温，泄放过程可视为是绝热；如果设备没有保温或者保温无法确保绝热，则泄放过程与外部环境存在热交换，需要指定传热系数和环境温度等信息；如果有外部火灾或者热量输入，则需要指定热负荷的量或者相应的计算公式。
各泄压模块所支持的传热模型如表2所示。
3.泄压装置泄放能力的计算
4.主要功能比较
比较而言，Pro II中的泄压模块可模拟基本的泄压过程，无法模拟安全阀的开启和关闭行为，不能计算设备壁温，不能直接指定泄压设备的尺寸，仅支持气相排放。
Aspen Plus不仅可以模拟外部火灾或有热量输入情况下的动态泄压过程，而且可以对指定泄放条件下的泄压装置的泄放能力进行估算；支持两相流的泄放，可以对进口和出口管线的压降进行计算，模拟终止条件比较灵活。
Aspen Hysys可以对各类泄放过程进行模拟，能够模拟泄放过程中设备壁温的变化，可以根据指定的泄放能力计算所需泄压装置的尺寸。
Aspen Plus适于两相流泄放过程的模拟，以及在选定安全阀或爆破片后，对额定泄放能力，进、出口管线的压降进行核算，Aspen Hysys 更适于复杂泄放过程的模拟，可用于计算设备壁温和确定泄压装置的尺寸。
在此以Aspen Hysys为例介绍泄压模块在泄压设计中的应用。
二、乙烯缓冲罐泄压装置尺寸的确定
示例：某装置设有一台乙烯缓冲罐，设备的操作压力为30barg，操作温度为30℃，设计压力为40barg，设计温度为80℃，设备直径为3m，设备切线高度为8m，设备材质为碳钢，壁厚为32mm，外壁无保温。
现需为该设备设计一套泄压系统。
根据API 521[1]，在池火中，对于1”厚的非湿壁碳钢设备，如果能在15min 内将压力泄放到正常操作压力的一半，设备破裂的时间会从15min延长至2～3小时。
另外对于操作压力高于17barg的设备，应设置泄压设施，为了降低设备泄漏造成的破坏，最终压力可取6.9barg。
1.公式法
2.用Hysys计算非火灾工况下的泄放面积
3.用Hysys计算火灾工况下的泄放面积
三、泄放过程中最低设备壁温的确定
气体泄压的过程是一个膨胀的过程，在膨胀过程中温度会下降。
在计算泄压
装置尺寸的过程中，考虑了火灾工况，此时设备壁温不会出现低温。
在非火灾工况泄压时，需要考虑是否会由于泄压过快导致设备器壁温度过低，为此要确定泄放过程中的最低设备壁温。
1.影响泄放过程中最低设备壁温的因素
设备在泄压过程中，最终壁温与以下因素有关：a）泄压系统的物料组成、b）泄压系统的初始温度、c）泄压系统的初始压力和终止压力、d）设备的质量、e）设备中的物料量、f）膨胀过程的等熵效率和g）与外部的热交换。
四、结论
使用公式计算的泄放面积为632mm2，利用Hysys进行压力泄放过程模拟，得到非火灾工况下的泄放面积为331mm2，火灾工况下的泄放面积为496mm2，Hysys的计算结果较公式法小21.5～47.6%，因此更加经济。
压力泄放模块模拟了系统压力、温度和泄放流量等工艺参数随时间的变化，可以指导下游火炬系统的设计。
Hysys泄压模块可以模拟在泄压过程中设备内壁温度随时间的变化，在其它参数给定的情况下，泄放速度越快，泄放到相同压力时的系统温度越低。
设备壁温是设备热容、与内部物料换热和与环境换热共同作用的结果。
泄放速度越快，设备换热的时间越短，物料温度虽然低，但设备内壁温度反而更高。
模拟表明，虽然在泄放过程中，乙烯缓冲罐中的物料温度会低于-20℃，但是设备壁温不会低于此值，因此可以使用普通碳钢材料。
参考文献
[1]API Std 521，Pressure-relieving and Depressuring Systems [S]
[2]Campbell J. M. Gas Conditioning and Processing （V olume 2）[M]，7th edition，USA Campbell publishing series，2004，28～29.
[3]Guidelines for Pressure Relief and Effluent Handling Systems [M]，American Institute of Chemical Engineers，New York.
[4]田静，刘棋，苏广全. 火灾泄压放空时限流孔板的实验论证[ J ] . 天然气与石油，2010，28（4）：26～29.
[5]Depressurisation：A Practical Guide，Aspen Tech.。