复杂物系压力容器安全阀泄放过程的HYSYS动态模拟

[ 4~ 5]
在达到最高蓄积压力之前, 随热量的输入, 组分 不断蒸发 , 容器内 压力逐渐升高 , 流体温度 持续上 升, 液体由于受热膨胀, 液位也可能不降反升; 泄放 的蒸气是泄放条件下与液相平衡的蒸气 , 因此在液 相中某组分蒸发完之前, 容器内流体温度和压力维 持不变, 但随液相的蒸发和流体的泄放 , 液位不断下 降; 某一组分蒸发完之后, 流体温度快速升高, 更高 沸点的组分依次蒸发, 由于受热膨胀, 液位也可能反
组分 组成 组分 组成 组分 组成 组分 组成 甲烷 0 . 002 670 异戊 烷 0 . 000 033 水 0 . 902 519 NBP[ 0] 390 0 . 010 500 乙烷 0 . 000 232 已烷 0 . 000 036 NBP[ 0] 76 0 . 001 750 NBP[ 0] 487 0 . 016 901 丙烷 0. 000 172 庚烷 0. 000 054 NBP [ 0] 146 0. 003 410 NBP [ 0] 587 0. 013 801
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
MBR 工艺在中水回用中的应用
刘晋萍
( 中国石油集团工程设计有限责任公 司西南分公司 , 四川 成都 610017) 要 : 膜生物反应技术 ( M BR )是一种新型污水处理技术 , 通过膜的高效截留作用 , 使反应
3 3
图 6 泄放物质特性的变化
从图 6 中可以查出, 泄放物系为单气相, 与最大 质量流率泄放工况对应的 泄放物系的物性 参数如 下: Cp /Cv 为 1 335 9 , 密度为 7 274 3 kg /m , 分子 量为 20 06 , 压缩系数为 0 935 2 。
3
3 结论
通过 建立的 HYSYS 动态模拟 , 分析了某 处理 油、 气、 水复杂物系的三相分离器压力安全阀在火灾 工况下的泄放情况 , 得出: 在火灾发生 386 m in 后, 出现最大质量泄放流率 4 539 kg / h , 为单气相泄放, 此时容器的吸收热为 2 311 k W, Cp /Cv 为 1 335 9 ,
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
图 4 泄放过程中容器吸收热的变化
按吸热公式 , 容器吸收的热量取决于容器内液 体湿润的表面积 , 而湿表面积与液位直接相关 , 因此 暴露于火灾中的容器吸收的热量应与容器内的液位 同向变化。 图 4 符合这一分析 , 容器吸收的热量随液位同 向变化 , 液位增高吸收热增大, 液位下降吸收热也下 降。 2 . 4 安全阀泄放量的变化 火灾工况下 , 容器泄放量的变化见图 5 。可以 看出, 质量流率出现了四个峰值 , 最高的第三个峰值 为 10 828 kg / h , 约为第一个峰值 4 539 kg / h 的 2 4 倍 ; 实际体积流率出现了三个峰值, 最高的第一个峰 值为 625 m / h ; 与最高质量流率对应的实际体积流 率仅为 172 m / h , 此时泄放的为重组分物质, 密度 很高。 除第一个峰值之外, 其它峰值均出现在 24 h 之 后 , 此时容器内流体温度已高达 620∀ 以上, 高温可 能已损毁容器, 此时的保护已无实际意义 , 因此设计
图 5 容器泄放量的变化
时可按第一个峰值来进行 PSV 的选取。但需特别 注意的是 , 此泄放量是容器对 PSV 的最低要求 , 实 际选取的 PSV 的泄放能力应高于此值。 2 . 5 泄放物质的特性
容器内的各组份并不是同时泄放的 , 而是随着 流体温度的逐渐升高 , 按沸点由低到高的顺序依次 泄放 , 因此泄放物质的特性也不是恒定的, 而是随着 时间在变化, 如图 6 所示。
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
陈文峰, 刘培林, 郭 洲, 倪 浩, 曾树兵, 余 智
( 海洋石油工程股份有限公 司设计公司 , 天津 300451)
正丁烷 0. 000 045 辛烷 0. 000 008 N BP [ 0] 210 0. 008 520 N BP [ 0] 721 0. 010 200 异丁烷 0. 000 109 二氧化碳 0. 000 008 N BP [ 0] 267 0. 014 601 N BP [ 0] 933 0. 001 480 正戊烷 0. 000 042 氮气 0. 000 009 NBP [ 0] 329 0. 012 901
2 火灾工况 HYSYS 动态模拟结果
2 . 1 容器内压力的变化 在火焰连续燃烧下, 热量不断输入, 容器壁和内 部流体温度、 压力逐渐升高 , 当内部压力达到设定点 时 PSV 打开, 开始泄放。根据规范 , 暴露在火焰中 时, 设 备 的 最 大 允 许 蓄 积 压 力 为 设 计 压 力 的 121 %
摘
器维持很高的污泥浓度 , 从而降低了污泥负荷, 提高了系统的处理效率。 采用 M BR 工艺处理 天然气处理厂的生产及生活污水, 可有效去除污水中的 CODcr 、BOD5、 油、 氨氮等, 去除率可达 到 90 % 以上, 具有出水清澈透明 、 无异味、 不需投加化学药剂、 不产生二次污染等优点 , 大大提 高水的回用率 , 达到节约水资源的目的 。
关键词 :
MBR 工艺; 污水处理; 中水回用 ; 膜污染
文献标识码( 2010 ) 06 0058 04
到了突破性的发展 , 为污水再生回用的实现带来了
0 前言
水是人类生存和发展的命脉, 地球上的水资源 是不可再生的, 目前世界各地的水资源短缺已成为 [ 1] 制约社会进步和经济 发展的瓶颈 。水资源与低 碳环境日益受到人类的高度重视, 污水的再生回用 成为解决缺水问题和环境污染的关键所在 , 越来越 多的国家鼓励使用中水 , 为污水再生回用提供了良 [ 2] 好的市场空间 。但传统污水再生 处理技术存在 着出水质量不高、 占地大、 稳定性差等缺点 , 而随着 膜技术的快速发展, 特别是 M BR 技术在近几年来得 密度为 7 274 3 kg /m , 分子量为 20 06 , 压缩系数为 0 935 2 , 液体 温度为 191 4∀ 。根据 以上参 数, 按 AP I 521 的计算方法即可估算出 PSV 的尺寸。 压力容器安全阀的泄放是一种不稳定的动态泄 压过程 , 对于有着宽沸点范围的多元混合物, 随着系 统中蒸气的泄放 , 蒸气和液体的组成都是变化的, 必 须建立一个与时间有关的模型 , 才能准确反映这一 动态变化过程。 采用 HYSYS 动态方法可以更加准确地模拟安 全阀的泄放过程, 确定泄放量和对应的参数, 从而 选择出合理尺寸的安全阀 , 这对整个生产设施及人
1 压力容器安全阀火灾工况的动态 模拟
火灾工况下设备的吸收热 根据 AP I RP 521 , 当容器表面 暴露于火 灾中 时, 容器内液 体湿润的表 面是产生 蒸气的有 效面 积。对于那些具有有效的灭火措施和容器有易燃物 [ 1] 排放系统的情况, 吸收的热量 : 0 . 82 Q = C 1 F Aw s 。 式中 Q 湿润表面总吸热量, W; C1 计算系数 , 43 200 ; F 环境系统 , 对于裸露容器为 1 ; 2 Aw s 总湿润面积, m 。 1 . 1 设备参数 某处理重质油的三相分离器的基本参数如下, 处理物系的摩尔组成见表 1 。 1 . 2
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
。
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陈文峰 , 等 : 复杂物系压力容器安全阀泄放过程的 HYSYS 动态模拟
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向升高。 从图 3 中可以看出, 受火 31 h 后容器内流体最 高温度可达 801 ∀ 。根据文献
[ 1]
, 在 138 MP a 应力
下 , ASTM A515 Grade 70 碳钢容器在 649∀ 下破裂 时间仅为 0 1 h , 在长时间受火条件下容器很可能损 毁。当然, 图 3仅反映了一种趋势, 是否破损还要看 该温度下容器内压力是否高于材料的屈服应力。 2 . 3 容器吸收热的变化 泄放过程中 , 容器的吸收热随时间的变化趋势 如图 4 所示 , 泄放过程中, 容器的吸收热出现了两个 峰值, 分别为 2 373 k W 和 2 414 k W, 相差不大。