限流孔板孔径计算优化.pdf

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1、质量管理179限流孔板孔径计算优化黄翼翔陈俊文陈庆(中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司)摘要：天然气站场放空系统是保障油气生产系统正常生产的关键。放空量和泄放速度对放空系统和站场安全影响巨大。对于高压气井，其安全泄放已成为站场设计的重要部分。限流孔板作为控制泄放流量和压力的关键部件，其孔径计算精度十分重要。本文通过分析常用的限流孔板计算方法，结合天然气生产实际，在软件模拟结果的基础上，对限流孔板计算公式进行优化。并通过实例比较计算结果。研究表明，优化后的孔径计算方法更加接近软件模拟结果，为设计人员进行限流孔板选用提供了实用计算工具。关键词：放空系统；限流孔板；HYSYS模拟；优化一

2、、前言随着天然气开发技术的发展，高压生产系统已逐渐成为天然气站场的主要特征【1，2，3】。高压系统决定了有限的系统容积内，将存在更大的天然气体积。在下游故障或站场发生火灾时，必须采取及时的放空措施，以保证站场或集气站安全，防止进一步的破坏和损失。限流孔板作为天然气放空系统的压力等级控制元件，逐渐受到国内外天然气站场设计的重视。其稳定的泄放速度、固定的流通面积，对放空系统的平稳运行起到了关键韵作用。SY／T1004314]明确要求“在设备的尺寸及其容量很重要的地方，在控制火灾处另一种选择是对所有处理轻烃的设备在15min内进行降压，并设定降压速率，把压力降到690kPa·g或降到容器设计压力

3、的50％(取其中的较低的压力)”因此，准确的限流孔板孔径计算，对放空系统设计、站场安全运行保障，意义重大。本文将对目前使用的限流孔板计算方法进行优化，提高其计算精度，为天然气设计人员提供可靠的计算工具。二、限流孔板工作机理限流元件设置在管道中，用于限制流体的流量或降低流体的压力[5】。天然气站场放空系统中广泛使用限流孔板，保证泄放工况平稳、泄放时间精准。限流孔板主要形式如图I所示。限流孔板工作机理可简述为：当孔板前后存在一定压差，流体流经孔板，对于一定的孔径，流经孔板的流量随着压差增大而增大。但当压差超过某一数值(临界压差)时，流体通过孔板缩孔处的流速达到音速。这时，无论压差如何增加，只要

4、孔板上游的压力保持一定，流经孔板的流量将维持在一定数值而不再增加。限流孔板就是根据这一原理来限定流体的流量和降低压力的。由此可见。限流孔板可有效地调节放空系统压力，控制泄放量。三、常用限流孔板计算公式(1)GasConditioningandprocessing计算方法[6】计算公式如下：t=器xln鲁一嘉㈩式中．t——放空时间。sB——系数．取0．09V——系统容积，m，Cd——泄放系数，0．85；Av——泄放阀泄放面积。m2Rd——气体比重：Z_气体压缩因子；T-一操作温度，K；P1——泄放前压力，kPa．a；P2——泄放后压力，kPa．a。该公式通过确定泄放体积和泄放介质。可以估算设

5、定孔板尺寸下的泄放时间。然而，该公式忽略了定容泄放下，温度将随泄放时间增加而降低的规律；同时，限流孔板不仅可以用于定容泄放，也可以存在于安全阀旁通，作为检修放空限流使用，因此，该公式存在局限性。(2)HG，r20570．15—95气体、蒸汽单孔孔板计算【7】计算公式如下：W--43．78·C·d5·P。√(筹>(南)[(鲁)l一(爱)牛](2)式中。W一流体的质量流量。ks／h；C——孔板流量系数：d——孔板孔径，m；D——管道内径；Z--气体压缩因子；P1——泄放前压力，Pa．a；P2一泄放后压力或临界限流压力(取较大值)，Pa．a。M——分子量。180北善蓄箨2013年第9期表1四川J

6、和非洲菜气田限流孑L板计算输入参数表PlTVpP2K“std．)pq工况气田区块Mpag℃m3Mwg掣“kg／m"k彰hl4．20250032．960．691．30O．7635．597463．34四川J2360250042759OlO1．300．7632．22865980四川J37．4040．OO105404O．101．30O．7559．8150952．54四川J43．4025．OO56．88O．691．45O．7630．7010035．89四川J5ln90294l43-33O6911300．6887．2438614．34非洲69，4033

7、oO18．98O69130O6872．44129

8、84．71非洲74．9044．1l12．07O．691．300．6934．842844．86非洲89．16362522．65O．6913l0．7369．7714161。60非洲表2四川J和非洲某气田限流孑L板计算结果对比锐孔直径(计算结果)，dHYSYS(模拟结果J，d工况mml17．9419．9l2198222．86334．2839．09423．0325．03524．9728．94615．7818，19710．6411