Добрый вечер! Проектируем систему освобождения змеевиков печей от продукта (вакуумный газойль, температура на выходе 350-400). Возник ряд вопросов
1. Почему дренажную емкость для сбора продукта и трубопровод перед подачей горячего нефтепродукта следует продуть паром?
2. После продувки куда девать конденсат в дренажной емкости? Он же вскипит при контакте с н.п.
3. По ПБ система удаления продукта из змеевиков должна быть автоматической, получается продувку тоже необходимо автоматизировать?
4. Сколько времени потребуется на продувку? Не начнется ли за это время пожар в печи?
2. Каким образом можно избежать этой продувки? (делать постоянный обогрев?)

Продукт горячий потому что. Прогреваете емкость перегретым паром а потом уже пускаете в прогретую систему продукт. Если сразу в холодный трубопровод или холодную приёмную ёмкость пустить раскаленный продукт, то можете порвать металл по сварному шву. Или просто порвать. Может смоделировать. Граненый стакан подержите час в морозилке, потом в морозный стакан ливаните кипяточку. Во избежание травм, стакан или полотенцем оберните или подстаканник подходящий найдите. А то запросто порезаться можно

Я вот просто думаю, как это можно реализовать. Раз это секция 100 установки Г-43-107, то в печи не просто ВГ, а ВГ с циркулирующим водородом. Ну встал у нас компрессор, АСУТП включает алгоритм аварийного освобождения змеевика. Сначала включаем подачу пара на продувку, открываем отсекатели на пару и продуваем. Куда направляем выхлоп и конденсат? Ладно, прогрели и закрыли отсекатели пара, теперь открываем отсекатели от змеевика. Теперь в систему сброса пойдет газойль с водородом. Куда девать теперь водород и пары продукта? Только на факел. Температура идет 400 град. В факельной линии наверное не более 200 допускается. То есть надо ставить холодильник. Какой холодильник, водяной? С температурой 400 сомнительно. То есть воздушный и водяной. Теперь другой аспект. Источником давления для сброса будет служить сепаратор системы циркуляции водорода. А между ним и печью стоит реактор и при сбросе поток в реакторе будет обратный. При обратном токе в реакторе катализатор "вскипит" и все - дальше перезагрузка реакторов. Поэтому, лично мое мнение, что делать отдельные системы сброса на печах гидропроцессов вредно. Освобождение змеевика нужно делать по нормальной схеме в сепараторы водорода, сбрасывая из них водород на факел. На нагнетание компрессора можно подать азот. На Г-43 вроде проектом предусмотрены азотные буллиты - вот оттуда и подать. Как-то так

Благодарю за развернутый ответ.

Как я понимаю сброс будет осуществлен по процессу? из печи в реактора, а из реакторов в сепаратор высокого давления ВСГ? Только вот что интересует. Давление азота из буллитов 30 кгс/см2, давление в сепараторе водорода 50 кгс/см2. Сможем ли выдавить? Источником давления в процессе являются компрессора ВСГ и насосы сырья. Или же после отсечки входа сырья в печь давление станет гораздо меньше за счет отсечения источников давления?

Сомтри некоторые проекты и вижу, что отсечные клапана так же установлены на обратке жидкого топлива в кольцо. Зачем отсекать обратку?

Если не отсекать обратку, то получится, что при аварии топочное пространство будет соединено со всем обратным кольцом и то есть горение не прекратится. Я даже как-то никогда не задумывался над этим - всегда 2 отсекателя на прямой и обратке.

Согласно ФНиП противоаврийная автоматическая защита печей должна быть обеспечена средствами сигнализации о прекращении поступления топлива. Что представляют из себя эти средства?

Датчики низкого давления топливного газа и жидкого топлива. Я видел такую реализацию - датчик защиты стоял на пилотном газе. Если снижалось давление пилотного газа, то останавливалась печь - происходило закрытие отсекателей на пилотном, топливном газе и на жидком топливе. На основном газе была сигнализация. По давлению жидкого топлива печь целиком не останавливалась - только закрытие отсекателей на жидком. Также отсекатели на жидком закрывались при низком значении перепада с паром распыла

Понял Вас. Замечание от эксперта ввело в тупик. Большая часть замечаний от эксперта уже реализованна. Чем смотрели. По поводу эвакуации продукта технологи с установки говорят что если змеевик прогарит, то выдавить куда-то в процесс не получится. Большая часть через прогар (почему то под прогаром они подразумевают огромную щель в змеевике) попадет в топку. Поэтому настаивают на отсечении сырья с двух сторон и подачи азота с выдавливанием в топку печи. В принципе в инструкции по проектированию паровой защиты печей такое возможно.

Согласно правил освобождение нужно выполнять на случай прогара змеевика печи либо приостановке циркуляции. Прогар дело редкое и тут хоть какая-то логика в необходимости освобождения есть - если появилась дырка то тут уже нужно останавливаться. Запускать аварийную последовательность защит может следующее состояние - растет температура на входе в камеру конвекции печи и увеличивается количество окиси углерода СО в дымовых газах. Совсем другое дело, если встал компрессор. Тут бы быстро запускать резервный компрессор, а автоматика может запустить алгоритм аварийного освобождения. И получится что вместо кратковременной остановки необходимо весь процесс запускать по-новому. Как вот этого избежать пока не понял. Может вообще не делать освобождение змеевика на случай прекращения циркуляции

4.5.8.2. Противоаварийная автоматическая защита нагреваемых элементов (змеевиков) нагревательных печей обеспечивается:
аварийным освобождением змеевиков печей от нагреваемого жидкого продукта при повреждении труб или прекращении его циркуляции;
По поводу остановки компрессора. Мы обязаны эвакуировать продукт. Эксперт будет ссылаться на нормы.
Как вариант можно завести блокировки на прекращение поступление газа или жидкого топлива. Тогда при частичном отсутствии сырья в змеевиках, змеевик не будет перегреваться. Или же сблокировать змеевик с двух сторон. Тогда сырье физически не покинет змеевик. Однако при длительном нахождении в змеевике сырья, может подняться давление и змеевик разорвет.

Интересно, при эвакуации продукта в топочное пространство не произойдет ли взрыв при взаимодествии ВСГ с кислородом воздуха?

если во время пропуска в топке горит огонь, то взрыв не произойдет, просто загорится


При остановке компрессора блокировка на погашение печи уже должна быть - не может ее не быть, изучите регламент. Но змеевик будет продолжать греться от раскаленной футеровки печи. Если решили делать по полной - отсекать с двух сторон и дренировать. Но технологи по-любому не дадут реализоваться такому алгоритму - или снимут блокировку или таймер введут, чтобы успеть запустить резервную машину

Предположим встал компрессор. Для предотвращения перегрева змеевика выключаем подачу топлива(согласно ТР), но каким образом эвакуация продукта из змеевика предупредит его перегрев? Наоборот же, только усугубит, так как всё тепло получаемое от футеровки от кладки и т.п. будет расходоваться на нагрев "железа", а не продукта, так как мы его эвакуируем. Не правильнее ли отсечь сырье с двух сторон и пусть оно в змеевике останется.

Два момента если греть перекрытый змеевик печи:
1. При нагреве замкнутого объема газа растет его давление
2. При отсутствии циркуляции газа нет теплосъема со стенок змеевика. Значит растет его температура.
В результате могут сложится условия, что змеевик не выдержит.

Еще я думаю у них есть еще автоматическая подача пара в топочное пространство на время аварийной остановки печи

Такая подача пара снижает теплонапряженность печи

Добрый день

Во первых.
Примеры гидрогенизационных процессов в нефтепереработке. Я не выбирал, просто на вскидку повыдергивал 5-6 из архива.
Привожу не с целью взорвать мозг. В гидрогенизационных процессах я аварийное освобождение змеевика не встречал. Ни у буржуев, ни у нас.

Во вторых
Вот примеры аварийных освобождений, с которыми я работал:
- Новополоцк. Установка АТ-8. Печь подгорева сырой нефти. Подача пара в змеевики, змеевик выдавливается в колонну. Включение ручное с ЦПУ
- Речица. Газоперерабатывающий завод. Печь нагрева ВОТ (керосина), единый контур ВОТ по заводу. Подача пара в змеевик, выдавливается в емкость хранения ВОТ (нормально пустая). Включение ручное с ЦПУ.
- Тюмень. Гидроочистка бензина. Печи (2 шт) стабилизационной и ректификационной колонн. Подача азота низкого давления в змеевик, выдавливание в колонны. Включение ручное с ЦПУ
- Речица. Установка сероочистки СУГ. Печь нагрева газа регенерации. Подача азота низкого давления в змеевик, выдавливание в адсорберы, которые в режиме регенерации. Включение ручное с ЦПУ.
Я не искал по своему архиву. Если необходимо - напишите я найду еще примеров.

Каждый раз освобождение было только ручное дистанционное. Никто с такими серьезными вопросами автоматикой не балуется. При расчете аварийных ситуаций, например ПК, после погасания печи условно принимается, что тепловая нагрузка остается на уровне 25% от нормальной. Этого более чем хватит, чтобы змеевик точно прогорел.
Подчеркну - в нефтепереработке аварийных освобождений нет или почти нет. И не только в гидрогенизационных процессах. Вообще в отрасли.

Заказчик, редко заводчане, часто требуют сблокировать аварийное освобождение с чем-нибудь. Давление газа, паровой защитой и еще много чем. Каждый раз дело заканчивается криком, руганью вплоть до мата. Еще ни разу они не смогли нас заставить делать "неручное" освобождение. И в большинстве случаев аварийного освобождения не было совсем.

Итог
По нашему опыту работы с печами взрыв топки печи очень распространенное явление. При этом боковые панели разлетаются на 100-200 метров, гнет несущие металлоконструкции. Про шамоту и крепления шамоты и говорить не чего. Ремонт сопоставим со стоимостью новой. Каждый раз причиной взрвыва был человеческий фактор. Аварийное освобождение, равно как и подача в под печи азота или пара - это очень индивидуальный вопрос. Он должен решаться только оператором в зависимости от развития аварии. Если решение будет принято не верное или не вовремя, то последует взрыв. Блокировки в таких случая не просто избыточны, они очень опасны, т.к. делают развитие аварии непредсказуемым.

По нашему мнению, и по известным нам аналогичным решениям буржуев, при прогаре печи руководствуются принципом "пусть горит". Поскольку в таком случае авария является управляемой и ее последствия минимальные - только частичная замена футеровки печи и дефектоскопия змеевика.

Забыл добавить про просадку давления.

Во всех случаях есть проблема просадки давления в коллекторе пара или азота. Каждый раз предварительные расчеты показывали, что необходимы специальные ресиверы (для азота) или накопители (для пара). Каждый раз заказчику тыкали в пункты правил и предварительные расчеты, что например при открытии азота на аварийное освобождение произойдет просадка давления во всем коллекторе и в результате встанут компрессоры по давлению азота на уплотнение вала. Мы предлагали заказчикам ставить гигансткие ресиверы, обвязывать их автоматикой, насосами. Каждый раз от этого все отказывались и мы от них добивались письменного снятия претензий по поводу просадки давления. Это звучало как "оператор вручную регулирует подачу азота/пара в змеевик, не допуская снижения давления в коллекторе по показаниям ХХХ не ниже ХХХ".

На моем опыте работы на заводе в соседнем цеху была аварийная продувка топки в соседнем цеху. Цех окисления полиэтилена. Печь контролируемого окисления этилена кислородом воздуха с радиантной камерой и форсунками на газовом топливе. Была аварийная продувка печи-реактора. Печь-реактор выглядел как длинная труба 800-ка с небольшим топочным пространством в начале. Автоматика подавала в начало печи-реактора азот низкого давления при определенных условиях. На коллекторе стояли 4 (четыре!) гигантских вертикальных ресивера на глазок по 150-200 м3 каждый.

Итог - если заказчику доказывать с цифрами и с реальными примерами из опыта эксплуатации подобных установок, то в 99% случаев он сдается.

Добрый день! Спасибо за содержательный ответ. Однако в данном конкретном случае замечания выставили органы ростехнадзора. Печь не соответствует нормам ПБ. Согласно которым необходимо предусматривать автоматическую эвакуацию продукта из печи.

Действительно, такое требование есть в правилах. И оно там присутствует очень давно. Вот только его выполняют довольно редко.
Обратите внимание, что в правилах ничего не сказано про то, что аврарийное освобождение д.б. сблокировано. В ФНиП ОПВ сказано:
"4.5.8.2. Противоаварийная автоматическая защита нагреваемых элементов (змеевиков) нагревательных печей обеспечивается:
- аварийным освобождением змеевиков печей от нагреваемого жидкого продукта при повреждении труб или прекращении его циркуляции;
..."

В ФНиП ОПВ ничего нет про:
- с какой скорость нужно аварийно освободить (вытеснить) змеевик
- нужно ли аварийно освобождать печи с частичным испарением
- что аварийное освобождение должно быть автоматическим
- что аварийное освобождение должно быть дистанционным
- что нельзя аварийно освобождать руками
- что нельзя использовать для аварийного освобождения врезки, предназначенные для подготовки к ремонту
- что нельзя аварийно освобождать газом (например природным)
- что нельзя аварийно освобождать в технологическое оборудование дальше по техсхеме

Единственное под что можно подкопаться - это дистанционное аварийное освобождение, т.к. для блоков I и II категорий аварийное освобождение (чего бы то ни было) не должно быть ручным. Но это зависит от категории блока.

В последнее время экспертиза везде лютует, не только РТН в России. Поэтому часто аварийное освобождение все-таки ставят. Но выглядит это как простая врезка азота / пара перед печью с ручной арматурой. Ничем такая врезка не отличается от обычного подключения энергоресурсов с целью подготовки к ремонту.

Вот что по этому поводу говорят буржуи. Взял из текущего проекта, такое встречал часто.

спасибо!

Прошу прокомментировать мое решение. В настоящий момент рабочее давление в 2 змеевиках печи 50 кгс/см2. Процесс гидроочистки. Поэтому для вытеснения продукта к змеевикам будет подведен азот из ресиверов с давлением 30 кгс/см2. Таким образом при прогаре одного из змеевиков продукт не будет вытесняться до тех пор, пока давление в системе не упадет до 30 кгс/см2. После печи смесь сырья и ВСГ поступает в 4 параллельных реактора объемом по 170 м3. Т.е. если прогар будет незначительный, то давление (наверное) достаточно долго будет падать. К тому же, есть еще и второй змеевик, который не прогорел, но из которого нужно эвакуировать продукт. После реакторов стоит сепаратор высокого давления Е-1, в котором отделяется часть ВСГ от жидкой части. Собственно говоря давление в реакторах регулируется давлением в сепараторе высокого давления. Что если при прогаре физически уменьшить давление в системе, путем стравливания части ВСГ из сепаратора Е-1 через аппарат воздушного охлаждения (Е=300 град.) на факел? За счет перепада давления часть жидкости из печи самостоятельно попадет в сепаратор, а потом уже, дожмем азотом?

Я должен это увидеть! Никогда не видел параллельных реакторов в гидрогенизационных процессах. Дайте хоть что-нибудь. Зачем? Как? Экономия мощности компрессора? Большой диапазон нагрузок? Кто лицензиар? Если не хотите светиться можно в личку.
170 м3? Херасе! 4 по 170 м3? Куда столько? Почти 700 м3! Да это практически новый Тобольск. У меня на гидрокрекинге ~250 м3 суммарно. Так это ж 4 катализатора в одном. А тут только одного вида катализатора на полтыщи кубов. Больше только арабы и персы строят. И почему молчит пресса? О таком нужно трубить на весь мир.



А быстрый / медленный сброс что ли не делали? Очень странно.



Зачем? Достаточно освободить только прогоревший, второй может остаться на циркуляции ГСС.



Ничего не путаете? Обычно регулируется перепадом давления на клапане до или после циркуляционного компрессора. Все остальные давления в контуре циркуляции ВСГ это зависимые параметры и индивидуально их не регулируют.



Вот для этот существует такая хрень - быстрый и(или) медленный сброс. Именно через него (них) и аварийно сбрасывают давление. А если делать это в ручную руками имбицила из ночной смены, то с очень (очень-очень) высокой вероятностью получите аварию. Читайте API 521, там про это подробно написано. Вот недавно делали для буржуйских коллег описание сбросов.

А вообще подход верный. Берем нейтральную среду с самым большим имеющимся на объекте давление. Ставим ресивер или хрень с аналогичной функцией. Делаем врезку до печи и секущую арматуру на ГСС до врезки. Выдавливаем в процесс при прогаре змеевика после того, как оператор вручную сбросит давление. Как, кто будет стравливать давление, освобождать и остальные вопросы - это эксплуатационный персонал разберется на месте во время аварии. Оператор по недоумию может:
- "задушить" циркуляционный компрессор газом с высокой или низкой молекулярной массой, в каждом случае со своими последствиями
- вырвать катализатор из реакторов, погнуть распределительные и упорные тарелки в реакторах
- вырвать каплеотбойники и демистеры в сепараторе высокого давления и в сепараторе не всасе компрессора
- погнуть диски диафргам
- кавитацией деформировать рабочие органы регулирующих клапанов (седла, клети, диски)
- заморозить любой элемент циркуляционного контура за счет эффекта Джоуля-Томпсона
- загнать ГСС обратным ходом в коллектор азота
- остановить компрессоры по блокировкам давления азота на уплотнения валов
- перелить сепаратор высокого давления и сломать лопатки циркуляционного компрессора
- сломать трубы вибрацией от непредсказуемых изменений режимов течения паро-жидкостного потока

Я в в своем посте ж писал, что в гидрогенизационных процессах аварийного освобождения не встречал. Требования ФНиП распространяются на печи нагрева жидкости. У вас же ГСС. У вас объемная доля жидкости в ГСС процентов 5-10%. Зачем освобождать змеевик? Там же жидкости практически нет. Освобождают змеевики с жидкостью. Почему вы не стали указывать эксперту на необоснованность замечаний, а стали их выполнять?
Технически ваше решение обосновано. Но юридически оно избыточно. В правилах такого нет. И на практике такого не используют. Хотите - накидаю регламентов гидроочисток из архива, посмотрите на скольких из них есть аварийное освобождение змеевиков ГСС.

Спасибо! Прошу отправить регламенты, как дополнительный аргумент для заказчика.

Все бывает в первый раз. 4 реактора в параллель - да, такое вот решение применено на секции 100 комбинированной установки Г-43-107. Чем продиктовано такое х.з., может чтобы общий перепад по контуру уменьшить. Секция 100 это гидрооочистка сырья каталитического крекинга. Иногда в литературе его называют мягкий гидрокрекинг. Производительность хорошая - 2 млн. тонн в год. Таких понастроили в середине 90-х (пресса уже оттрубила). Лицензиар (если можно так назвать) - ГрозНИИ, проектировщик - ГрозГИПроНефтеХим. Есть еще модификация установки КТ-1 - вроде дополнен секцией 001 - вакуумной перегонкой сырья (на твирпиксе регламент есть)


Все таки наверное вернее говорить, что давление в реакторном блоке гидропроцессов регулируется путем регулирования давления в сепараторе на приеме компрессора за счет изменения баланса отдува/подпитки ВСГ, а уже все остальные давления есть следствие вот этого. Клапан до или после компрессора имелся ввиду баттерфляй? Им регулируют производительность машины и то центробежной. На Г-43-107 машины поршневые, там как включили машины и молотят они


Пироманьяк просто получил задание на такую реконструкцию, это Заказчик не смог отбиться от РТН. Теперь можно ли снять это замечание не знаю, а регламенты других процессов не указ. А вот попросить снять это замечание в РТН попробовать можно со ссылкой на ФНП, действительно явно указано про жидкую фазу. В хороших проектах можно даже посмотреть фазовое состояние сырья в реакторе - может там все газ при условиях процесса

На сайте открытых торгов Башнефти нашел задание по секции 100, там худо-бедно описание схемы и сама схема есть, прикрепил

сорри за офтоп

Посмотрел схему. Действительно 4 реактора по 2 в параллели. Очень и очень странное решение. Зачем на каждом реакторе PDR? Что они будут мерить? Почему нет гребенки распределения ГСС по реакторам? Почему нет манометров только перепады давлений? Как узнать что реактор забился? Как узнать который из реакторов забит или вынос катализатора?
Вот упал перепад по реакторам. Мне что все реакторы вскрывать? Бред какой-то. Приборов много, а из измеряемых параметров только температура.
В ГрозНИИ были очень странные инженеры. Их решения не просто спорные, они странные. Либо они знают что-то особенное про гидроочистку, либо просто лепили приборы по принципу "там разберутся".
Ну а про объем реакторов мне мои старики пояснили. Действительно в совке были очень плохие катализаторы с очень низкой активностью. Очень маленькие удельные скорости ГСС, что вызывало большие объемы катализатора. Ну и проектировали сразу с расчетом на планы следущей пятилетки, встречные планы, просто повышение мощности. На моем опыте в Речице ВНИПИгазпереработка напроектировала ГПЗ мощностью ~200 тыс. т / г. Сейчас работает на ~800 тыс. т / год. Т.е. советские инженеры заложили настолько гигансткие запасы, что запасов хватило поднять мощность в 4 раза с незначительными изменениями.
С другой стороны после распада совка буржуи спокойно из года в год меняли катализаторы в реакторах и всегда без замены самого реактора. Т.к. запас объема реакторов был очень и очень большой. Что собственно и привело к смерти катализаторной отрасли.

Насколько я помню, там все должно быть - каждый поток водорода и газойля зарегулирован. Всякого есть манометры на входе и выходе всех реакторов. Так что это скорее претензии к представленной эксплуатацией схеме. Нужно посмотреть регламент чего там в самом деле. А по катализаторами да, объёмы большие в реакторах закладывали.

Для сброса давления в системе будет предусмотрен отсечной клапан на абсорбере высокого давления. Клапан будет открываться, сбрасывать давление в системе. Сброс на факел. Факел существующий. И вот что интересно. Когда факел этот считали много много лет назад, то сброса давления из системы не было. Соответственно если мы сейчас будем проектировать сброс давления из системы на факел нужно ли пересчитывать факел. Ведь зоны в которых наблюдается максимальная плотность теплового потока возможно изменятся. Следовательно и стерильная зона расширится. Можно ли без расчета понять, что на факеле это особо не скажется?

как мне кажется, реализация сценария сброса ВСГ из абсорбера (это что - узел МЭА?) исключит реализацию другого сценария, на который факел посчитан

Да всё верно. Очистка цвсг от сероводорода.

ну так вот - как мне кажется, сброс ВСГ с узла абсорбции эквивалентен сбросу через СППК этой колонны. То есть вместе они не случатся

Как будет регулироваться расход сброса? Если никак, то вырвет все, включая катализатор в реакторах.
Был подоный опыт. Работал на заводе. В соседнем цеху в коллонне случился паровой удар. Сорвало полотна тарелок, смяло, как рукой снег в снежок. И все это затолкало в шлемовую трубу. В результате колонна разгерметизировалась. Т.к. ПК находился дальше на шлемовой трубе, а "снежок" мешал выходу паров.
Если расход не регулировать получите аналогичный результат. Вырвет все и забъет в самый узкий участок. Как результат циркуляционный компрессор раздавит всю систему. Или компрессор перекрутите (самораскручивание центробежных машин). Электросистема двигателя компрессора не расчитана на выработку электроэнергии, только на потребление. Поэтому больщих нагрузок она не выдержит.



Лихо проектируете. Сбросы увеличили, а факел не пересчитывали. Даже если факел вне границ проектирования, например в границах генпроектировщика. Вы все равно должны их письменно уведомить об измененяих и предоставить все исходные данные.



Анализ всех возможны сценариев, в т.ч. коллективных, как то:
- пожар группы сосудов в пределах одного поддона
- пожар группы сосудов в пределах пролива (spool fires)
- падение давления воздуха КИП
- прекращение подачи оборотной воды или другого хладагента
- падение напряжения
- падение давления пара для приводов турбинами



Без расчета нет.
С тех пор подход к проектированию именно факелов сильно изменился. В совке факелы считали по ПУиБЭ факельных систем. Сейчас ПУиБЭФ стали рекомендациями и в многочисленных правилах и законах однозначно прописано, что проектировщик должен проектировать безопасные системы и бла-бла-бла.

Как было? Производительность факела = 0,25 от суммы всех сбросов с ПК или 1,5 от наибольшего ПК
Как стало? Производительность факела = наибольший сценарий, включая коллективные

Наибольший не значит макс расход. Наибольший значит:
- в том числе наибольший перепад давления по факельному коллектору (актуально для сбросов с мальнекой мол массой - именно Ваш случай)
- в том числе наибольшая длинна пламени факела с учетом наземной удельной тепловой нагрзуки н.б. 4,8 кВт/м2 в зоне ограждения факела
- в том числе наибольшее число Маха в факельном стволе и в оголовке

На практике это значит, что может быть 2 макс сброса:
- быстрый сброс циркуляционного ВСГ (гидравлические сопротивления большие, число Маха большое, тепловыделение маленькое)
- срос например остатка со стабилизирующей колонны (в парах) с мол массой 200-400 (гидравлические сопротивления маленькие, число Маха маленькое, тепловыделение очень большое)

Начните с того, что выясните какой у Вас факел дозвуковой или околозвуковой. Приведите расход ВСГ при сбросе к нормальным условиям и зная диаметр факельного оголовка (осторожней, диаметр оголовка меньше диаметра ствола) вы примерно найдете число Маха. Дальше можете обратиться к ПУиБЭФ. В России их постоянно то отменяют, то снова вводят, поэтому я в номерах запутался. НормаЦС Вам в помощь. В ПУиБЭФ есть рекомендации по числу Маха в стволе. Макс опустимое заводское число Маха в оголовке д.б. в паспорте на факел. Если факел буржуйский, то гуглите API 521+537.

Этот алгоритм только для примерного предварительного расчета. Подробный расчет см. API 521 или ПУиБЭФ. Напоминаю, что вы не сможете обойти расчет гидравлики. От факельного оголовка до каждого ПК. По каждому сценарию, включая коллективные! Не по каждому ПК, а по каждому сценарию! Именно этим расчетом определяются DN факельного коллектора.
Для расчета сопротивления факельного оголовка используют заводские кривые оголовков (в случае, если производитель не "Рога и копыта", например John Zink) или расчитывают гидравлику в спецпрограммах. Поскольку расчет очень и очень трудоемкий, то на рынке обращается много спец программ. Начиная от программ от гигантов индустрии Aspen Flare Analyzer, и заканчивая мелкими конторами, например Flaretot. Я предпочитаю последний, т.к. в нем для каждого сценария считается пламя и шум.

Это все деньги. Такие расчеты стоят дорого. На моем текущем объекте проектирования заплатили субподрядчику только за расчет гидравлики (без сценариев, без расчета пламени, без расчета концентрации SO2) ~100 kEUR. На рынке постоянно конторы крутятся (я встречал пока только немцев), которые за очень серьезные деньги предлагают динамическое моделирование аварийных ситуаций и соответственно посекундные расходы сбросов. Такой метод дает значительно меньшие расходы, а значит зачастую на их основании можно факелы не менят. Но стоит это очень дорого. И гарантированного результата нет, т.к. они под заказчика не прогибаются и умеют писать контракт. У них обычно покупают только 1-2 модели для 2-3 наибольших сбросов, а не всю установку.

А можно ли схитрить? Колонна существующая. На ней установлен ПК со сбросом на факел. Мы параллельно на существующий трубопровод, предназначенный для ручного стравливания давления из системы на факел, ставить отсечной клапан на сброс давления(для автоматического сброса давления). По сути перепад давления будет тот же, конфигурация трубопровода существующая. Следовательно, можно уточнить расход по существующему ПК в момент срабатывания , и вместо отсечного клапан поставить запорно-регулирующий, который будет поддерживать расход не больше, чем расход с ПК.

ну смотря с какой стороны. Можно и так

Дорого. ЗРК должен будет иметь очень маленькую скорость открытия. Дополнительно согласно ОПВ нужно будет реализовать эту блокировку через контролер ПАЗ с тройным (!) резервированием всех контуров управления, включая датчики давления. И я честно говоря не знаю какой тип датчика измерения выбрать в таком случчае. Я хз как поведет себя диафрагма при быстром сбросе. Сколько у нее будет задержка сигнала, погрешность и т.д. Тот же самый результат достигается установкой полнопроходного запорного клапана и шайбы. Решение актуально только для газовых сбросов. Если у Вас в сценарии получается паро-жидкостной сброс, то такая схема не пойдет.

Вы знаете все сценарии, на который расчитан ПК на колонне? Не забывайте, что если ПК не сбалансированный (суть есть полностью открывается при срабатывании), то его требуемая пропускная способность (required capacity) может быть намного-намного меньше, чем действительная (rated capacity). Подробнее.
И потом ПК защищают только от разгерметизации, но от повреждений внутренних стройства нет. Задача ПК - не допустить подпитку пожара горючим веществом (в случае сценария на пожар) или образование взрыво- или пожароопасного пролива / облака (во всех остальных случаях). Задача быстрого / медленного сброса - минимизировать возможные последствия путем превентивного удаления из опасного блока определенного количества горючего вещества. Расходы сбросов у ПК обычно в несколько раз больше.

А вообще сам подход плохой. Вот что про это говорят буржуи 1 2. Вы пытаетесь мыслить как советские инженеры (сейчас они - Ваше руководство). Напомню, что в их времена факелов вообще не было. ПК стреляли прямо в атмосферу. Они за промбезопасность никогда не несли ответственности. Наоборот медали получали за снижение капзатрат. И пилотных клапанов не было, и сильфонных, и диафрагм, и даже пружиных малого диаметра. И переключающие устройства по факту советской промышленностю не выпускались, только на бумаге. И марок сталей было всего 2, макс 3 если молибденистую нержавейку считать отдельной маркой. На первичках все установки были залиты толстым слоем мазута с гудроном. Я бы на вашем месте их вообще не слушал, а еще лучше, ну не знаю, может газовые камеры какие...

Почитайте внимательнo API 521. Вам сначала нужно определиться - выделаете быстрый сброс или медленный. Выбор определяется расчетом.

P.S. Нашел у себя ошибку. В предыдущем посте читайте вместо "приведите расход ВСГ к нормальным условиям" читайте "сбросьте давление ВСГ до атмосферного". Хотя разница в значениях получится не большая, т.к. скорее всего ВСГ вы сбрасываете при температуре около 40 °С (в зависисмости от климатического района).

Гидравлика как я понимаю нужна для того, чтобы определиться с back pressure? Т.е. если мы будем сбрасывать давление на факел, необходимо посмотреть не повлияет ли это на работу других СППК? А точнее на противодавление? Ведь если противодавление в коллекторе сброса будет высоким, то возможно СППК на другом оборудовании просто не откроется? Интересный вопрос есть. Делаем проектную документацию по базовому проекту GTC Technology. Они на теплообменнике предусматривают два СППК - один против теплового расширения, другой против пожара. А что, разве один СППК справиться не сможет? Ведь даже по API 521 нужно выбрать СППК с самым большим сбросом.

Back pressure три: superimposed, build-up и max allowed. Гидравлику факельного коллектора считают чтобы выпонить условия:
- для буржуйских пружинных без сильфона
- для буржуйских пружинных с сильфоном
- для всех пилотных
- для советских пружинных без сильфона
- для советских пружинных с сильфоном
- для ограничительных шайб соотношение давлений до и после шайбы ниже критического

Повышение superimposed для коллективных сценариев влияет только на давление начала открытия, но не на давление полного открытия. Поэтому если повышение superimposed незначительно повлияет на повышение давления начала открытия, то этим фактом пренебрегают. Проблемы обычно возникают только когда в коллективном сценарии участвуют 2 сосуда: с маленьким и большим расчетным давлением. В таких случаях иногда из-з повышения superimposed приходится на сосуде с маленьким давлением ставить пилотный клапан, т.к. на него superimposed не влияет.

Пример расчета сдвоенного факела (оголовок и ствол, пламя, радиация, шум, молеклярный затвор)
Пример расчета гидравлики (специально выбрал маленький коллектор, чтобы влез в экран)
Пример применения Российских ПУиБЭФ
Пример философии аварийных сбросов
Пример быстрого сброса
Пример философии ПК




Обычно нет. Но может GTC внимательно прочитали пункт Г.2.2 ГОСТ 31294-2005. Вообще обычно буржуи для теплового расширения и остальных сценариев используют 1 ПК. Я специально внимание не обращал, но когда вернусь в офис после отпуска могу пробежаться по архиву.

P.S. Забыл про унос жидости.
Если решите ставить аварийный сброс рядом с ПК аминового абсорбера предварительно посчитайте запас сепарационного пространства над первой тарелкой на унос жидкости. Этот объем расчитан на унос амина при нормально расходе ЦВСГ, а не при аварийном сбросе. При аварийном сбросе вынесет весь амин из абсорбера в факельный коллектор и эрозией "прорежет" отводы, клапаны или шайбу. Так было на моем одном объекте проектирования (в смысле был унос жидкости и эрозия). И можете попытаться выяснить сколько допустимый перепад давления по тарелкам/насадке абсорбера. Наверняка там значения намного-намного ниже, чем будут при аварийном сбросе. По факту это значит, что при аварийном сбросе в абсорбере как минимум сорвет все полотна у тарелок.

Интересует такой вопрос. По API 521 пункт 5.5.5 уравнение 32 расчет числа Маха. В уравнение есть значение qm - массовый расход газа. Так вот предположим я определил, что сбрасывается 100 м3/час ВСГ при давлении 40 бар. Следовательно чтобы определить qm мне необходимо 100*40*плотность? или же в данном случае имеется ввиду массовый расход в начальный период сброса т.е. при давлении 40 бар? Но судя по формуле мы вычисляем число маха на срезе факельного оголовка, поэтому надо привести к атмосферному давлению.



Интересует такой вопрос. По API 521 пункт 5.5.5 уравнение 32 расчет числа Маха. В уравнение есть значение qm - массовый расход газа. Так вот предположим я определил, что сбрасывается 100 м3/час ВСГ при давлении 40 бар. Следовательно чтобы определить qm мне необходимо 100*40*плотность? или же в данном случае имеется ввиду массовый расход в начальный период сброса т.е. при давлении 40 бар? Но судя по формуле мы вычисляем число маха на срезе факельного оголовка, поэтому надо привести к атмосферному давлению.



Интересует такой вопрос. По API 521 пункт 5.5.5 уравнение 32 расчет числа Маха. В уравнение есть значение qm - массовый расход газа. Так вот предположим я определил, что сбрасывается 100 м3/час ВСГ при давлении 40 бар. Следовательно чтобы определить qm мне необходимо 100*40*плотность? или же в данном случае имеется ввиду массовый расход в начальный период сброса т.е. при давлении 40 бар? Но судя по формуле мы вычисляем число маха на срезе факельного оголовка, поэтому надо привести к атмосферному давлению.


Интересует такой вопрос. По API 521 пункт 5.5.5 уравнение 32 расчет числа Маха. В уравнение есть значение qm - массовый расход газа. Так вот предположим я определил, что сбрасывается 100 м3/час ВСГ при давлении 40 бар. Следовательно чтобы определить qm мне необходимо 100*40*плотность? или же в данном случае имеется ввиду массовый расход в начальный период сброса т.е. при давлении 40 бар? Но судя по формуле мы вычисляем число маха на срезе факельного оголовка, поэтому надо привести к атмосферному давлению.

Интересует такой вопрос. По API 521 пункт 5.5.5 уравнение 32 расчет числа Маха. В уравнение есть значение qm - массовый расход газа. Так вот предположим я определил, что сбрасывается 100 м3/час ВСГ при давлении 40 бар. Следовательно чтобы определить qm мне необходимо 100*40*плотность? или же в данном случае имеется ввиду массовый расход в начальный период сброса т.е. при давлении 40 бар? Но судя по формуле мы вычисляем число маха на срезе факельного оголовка, поэтому надо привести к атмосферному давлению.

Интересует такой вопрос. По API 521 пункт 5.5.5 уравнение 32 расчет числа Маха. В уравнение есть значение qm - массовый расход газа. Так вот предположим я определил, что сбрасывается 100 м3/час ВСГ при давлении 40 бар. Следовательно чтобы определить qm мне необходимо 100*40*плотность? или же в данном случае имеется ввиду массовый расход в начальный период сброса т.е. при давлении 40 бар? Но судя по формуле мы вычисляем число маха на срезе факельного оголовка, поэтому надо привести к атмосферному давлению.

Вы сбрасываете 100 м3/ч ВСГ при давлении 40 бари. Это соответствует массовому расходу:

qm = 100 м3/ч * 5 кг/м3 = 500 кг/ч

Плотность я взял из похожего проекта. Плотности соответствует мол масса M = 3,6 кг/кмоль. Плотность при н.у. будет примерно равна r = 0,16 кг/м3.

Расчет числа Маха по API 521 5.5.5

Ма= 3,23*10^-5 * (qm/p*d^2) * (Z*T/M)^0.5 = 3.235*10^-5 * (500 / 101 * 0.6^2) * (1 * 273 / 3.6)^0.5 = 3.235*10^-5 * 13.75 * 8.71 = 0.004

где р = 101 кПа - давление на выходе из факельного оголовка
d = 0,6 м - диаметр среза оголовка (не путать с диаметром ствола)
Z = 1 - коэффициент сжимаемости (при атмосферном давлении свойства газа близки к идеальному)
Т = 273 °К - температура ВСГ на выходе из оголовка (взял примерно, дросселирование не учитывал)

Скорость в срезе оголовка равна

v = qm / 3600 * r = 500 / 3600 * 0.16 = 0.87 м/с

Рекомендуемые скорости в срезе оголовка нужно искать по разным источникам или на форумах. Из того что есть под рукой от ExxonMobil:

"Elevated flare tips incorporating various steam injection nozzle configurations ... are normally sized for a velocity of 400 ft/s (120 m/s) at maximum flow, as limited by excessive noise and the ability of manufacturers to design tips which will ensure flame stability. This velocity is based on the inclusion of steam flow if injected internally, but the steam is not included if added through jets external to the main tip. Flared gas streams containing hydrogen can generally be flared at higher exit velocities. In these cases flare tip manufacturers should be consulted on higher velocity limitations."

"Available pressure drop may in some cases dictate acceptance of a lower maximum velocity, but at least 250 ft/s (75 m/s) is recommended to insure good dispersion. Flare tips consisting of a simple open-ended pipe with a single pilot are subject to flame lift-off and noise problems at high velocities, and should therefore be designed for a maximum velocity of 160 ft/s (50 m/s)."

"To avoid flame "blow off," acid gas flare exit velocity, including any supplemental fuel gas, should be limited to 150 ft/sec (45 m/s)."

Спросить уточнение можете здесь или здесь.

Дополнительно к предыдущему посту

OAQPS Control Cost Manual 5th ed.
"7.1.3.2
...
Requirements for steam-assisted, elevated flares state that flare shall be designed for and operated with:
- an exit velocity at the flare tip of less tjan 600 ft/sec for 300 Btu/scf gas stream and less than 400 ft/sec for > 1.000 Btu/scf gas. For gas stream between 300-1.000 Btu/scf the max permitted velocity (Vmax in ft/sec) is determined by the following equation:

loq10(Vmax) = (Bv + 1214) / 852

where Bv is the net heating value in Btu/scf
..."

"7.2.6 ... Burner tips with modern flame holder designs can have a stable flame over a flare gas velocity range of 1 to 600 ft/sec. The actual max capacity of flare tip is usually limited by the vent stream pressure available to overcome the system pressure drop. Elevated flares diameter are normally sized to provide vapor velocities at max throughput of about 50 percent of sonic velocity of the gas subject to the constraints of CFR 60.18"

Norsok P-001
"6.5.1 General
In general, all flare lines shall be designed to keep the pV2 < 200 000 kg/ms2 criteria (where p is the fluid density or mixed density for two phase conditions in kg/m3 and V is the velocity in m/s).
Further, the selection of piping specification shall consider the effect of acoustic fatigue, which is affected by factors such as
• relative differential pressure in upstream restriction device,
• temperature in the flowing gas,
• mole weight of flowing gas,
• pipe diameter and wall thickness,
• mass flow rate.

6.5.3 Pressure safety valve lines
The upstream and downstream line shall be sized according to requirements in the relevant pressure relieving design code.
Maximum flowing velocity in the lines downstream of the PSVs to the first sub-header, shall in general be less than Mach 0,7. For the PSVs where the outlet velocity is higher, a reducer should be installed as close as possible to the PSV to increase line size and hence limit the velocity to maximum Mach 0,7 downstream of the reducer. Nevertheless, the actual back pressure at the PSV outlet and in the block valve shall be checked to be consistent with back pressure limitations.

6.5.4 Controlled flaring lines
Flaring lines downstream of control valves shall be designed for a maximum velocity of Mach 0,5.

6.5.5 Depressurisation lines
The maximum flowing velocity in the lines downstream the reducer shall be Mach 0,7.
The pressure loss shall not impose any restrictions on the depressurisation objectives."

d is the pipe inside diameter, expressed in m (ft); Разве это не диаметр сбросной трубы?

Если вы считаете число Маха в факельном стволе, то d = внутренний диаметр ствола (осторожней, если ствол самонесущий, то он обычно толстостенный)
Если вы считаете число Маха в оголовке, то d = внутренний диаметр среза оголовка. Примеры раз, два
Если вы считаете число Маха в факельном коллекторе, то d = внутренний диаметр трубы.

Судя по ПБ 03-591-03 п. 6.3 нормируется только число Маха на срезе факельного оголовка и должен составлять не более 0,5. В зарубежной нормежке так же нормируется число маха на трубопроводах сброса с СППК (не более 0,7 если не ошибаюсь) и в факельном коллекторе (не более 0,5 - 0,6). Есть ли эти цифры в наших нормах?

Руководство по безопасности факельных систем.
"64. При сбросе углеводородных газов и паров (за исключением некоптящих газов) рекомендуется предусматривать решения, обеспечивающие их бездымное сжигание. Увеличение полноты сгорания может достигаться:
...
- регулированием соотношения скорости сброса к скорости звука, при котором обеспечивается интенсивное смешение с воздухом и необходимая полнота сгорания (рекомендуемое соотношение более 0,2);"

"Приложение 7
...
При этом рекомендуется принимать:
- при постоянных сбросах m<=0,2
- при периодических и аварийных сброса m<=0,5
..."

ПБ 03-591-03 (недействующий!):
"6.3. Диаметр верхнего среза факельного оголовка для обеспечения стабильного (без срыва) горения следует рассчитывать по максимальной скорости газов и паров, которая не должна превышать 0,5 скорости звука в сбросном газе. При сжигании газов и паров с плотностью более 0,8 относительно плотности воздуха скорость сброса не должна превышать 120 м/с.
6.4 ...
Если отношение скорости сброса к скорости звука составляет более 0,2, то подача пара не требуется."



Нет.
Старики рассказывали. Советские годы. Установка гидроочистки Ленгипронефтехима на одном из НПЗ. Циркуляционный компрессор ВСГ. На нагнетании электрозадвижка DN100 на перемычке между нагнетанием и факельным коллектором. Однажды оператор (причину не помню) все-таки открыл задвижку. Упал с эстакады центральный заводской факельный коллектор. Пролет на эстакаде между двумя П-образными компенсаторами ~DN800 сорвало с опор и сбросило на землю, труба прогнулась, но не сломалась. Как ремонтировали не знаю, это же общезаводской факельный коллектор.

А если считать число Маха по уравнению номер 31 АPI 521? Тогда расход вроде бы знать не надою
l - is the equivalent length of pipe, expressed in m (ft); - высота факела?
p1 - is the pipe inlet absolute pressure, expressed in kPa (psi); - давление на входе в факел?
p2 - is the pipe outlet absolute pressure, expressed in kPa (psi). - давление на выходе факела?

Не правильно разобрались. Не хочу спорить. В формуле 31 расход косвенно сидит в соотношении р1/р2.



Нет. Это гидравлическое сопротивление трубопровода, выраженное в длине самой трубы. В Вашем случае сюда должно быть включено и гидравлическое сопротивление оголовка. Гуглите "эквивалентная длина трубы" или см. в любой книге по гидравлике.



Да.
Осторожней. В Вашем случае р2 - расчетная величина. р1 - атмосферное давление.

Кстати API 521 с этим не согласны. Дополнительно обращаю внимание, что во всех пост-СССР правилах по факелам упоминаются только дозвуковые факелы, а существование околозвуковых просто игнорируется. У Вас факел точно дозвуковой?

[quote name='shvet' date='14.1.2016, 17:42' post='1176402']
Не правильно разобрались. Не хочу спорить. В формуле 31 расход косвенно сидит в соотношении р1/р2.

Да согласен. В принципе расход на факел можно определить следующим образом. Зная давление в точке сброса(начало трубопровода) и в конечой точке(конец трубопровода), зная длину, конфигурацию и диаметр трубопровода, можно определить количество среды, которое движется по трубопроводу. Ведь среда давижется за счет перепада давления. Для жидкости можно по формуле Дарси-Вейсбаха. Вместо скорости подставить производительность деленную на площадь поперечного сечения трубопровода. Для газовых сред немного другая формула.