CN111396746B

CN111396746B - 一种液相乙烷管道阀室热放空工艺及装置

Info

Publication number: CN111396746B
Application number: CN202010262290.2A
Authority: CN
Inventors: 班久庆; 李长俊; 贾文龙; 袁晓云; 李桂亮
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2020-04-06
Filing date: 2020-04-06
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2040-04-06
Also published as: CN111396746A

Abstract

本发明提供了一种液相乙烷管道阀室热放空工艺及装置，由加热器、阻火器、放空火炬、截止阀、安全放空阀、节流阀、止回阀、节流孔板、压力表、温度计、流量计组成；放空火炬可以将乙烷点燃放空，实现液相乙烷热放空处理；加热器可以将乙烷气化，防止热放空过程中造成的火雨危害；阻火器可以阻止回火，防止放空管道爆炸；节流孔板可以配合节流阀，实现放空管道压力变化，控制放空速率和放空压力；温度计、压力表、流量计可以实现对回收过程的温度、压力以及流量监控，进而控制回收进度。本发明克服了现有常规管道放空工艺及装置不能对易发生气液相变的液相乙烷管道放空气进行回收的问题，具有操作安全，放空效果好的优点。

Description

一种液相乙烷管道阀室热放空工艺及装置

技术领域

本发明涉及一种液相乙烷管道阀室热放空工艺及装置，涉及到液相乙烷放空、运输和管道输送领域。

背景技术

乙烷存在于石油气、天然气、焦炉气及石油裂解气中，经分离而得，在工业上主要用来生产像乙烯、环氧乙烷、氯乙烯、氯乙烷和硝基乙烷等重要的化工产品，当原油油价上升为50美金/桶后，乙烷制乙烯的盈利将会非常可观。目前管道在国内外液相乙烷的处理和输送过程中发挥着十分重要的作用。在利用管道对包括液相乙烷在内的各类液体进行输送时，由于管道自身以及第三方破坏等因素会导致管道发生泄漏等安全事故。一旦发生安全事故，需要对事故管段内部液体进行排空后才能进行管道检修作业，所以通常对管输液体进行放空或者回收处理。目前放空分为两种，冷放空和热放空，冷放空指的是对放空物质没有处理直接放空到环境中，热放空指的是利用火炬点燃放空物质再进行放空。常规液体管道对事故管段液体的排空一般采用放空工艺，进行冷放空处理(在阀室处将液体直接排放至周围环境中)，对于经济性较高的液体，在工艺允许，经济可行的情况下也会采用回收工艺进行回收。

液相乙烷的临界温度为32.24℃，临界压力为4.88MPa。由于液相乙烷的临界温度接近常温，在回收和放空过程中液相乙烷要比其他常规输送液体更容易发生气液相变。

如果采用回收工艺对液相乙烷输送管道进行泄漏段液体回收，首先由于需要保证回收液相乙烷的纯净度(纯液相)，需要使用加热器、储气柜、泵、液化器等多种工艺设备，但是回收设备造价相对于泄漏管道内可回收的液相乙烷经济价值来说偏高，而且液相乙烷管道沿线往往有多座阀室，为实现回收功能需要在每座阀室均配置相关回收设备，这样就导致总体回收工艺成本高、经济性较差，且不可避免会产生一定的乙烷损耗；其次，如果采用撬装式回收设备，即多个阀室共用一套可移动回收设备，虽然可以降低一部分回收设备成本，但是在发生泄漏后回收设备需要从附近工厂运送到指定阀室进行作业，在此期间由于管道压力较高会导致大量液相乙烷泄漏，所以回收效果差，经济性也较差。综上，采用回收工艺对液相乙烷进行回收，总体上成本高，经济性差，如再考虑到回收设备维护费用及额外人工费用，不推荐采用回收工艺对液相乙烷输送管道进行泄漏段液体回收，建议使用放空工艺对液相乙烷输送管道进行放空。

液相乙烷输送温度较低，在管道发生事故工况时，因为与周围环境的温差极大，如采用常规液体管道的冷放空工艺，部分液相乙烷将会剧烈的沸腾蒸发变为气相，在这个过程中液相乙烷从环境中吸收大量的热量，导致周围环境及管道温度急剧下降，对附近的作业人员有冻伤危害；另外，由于气相乙烷密度比空气要大，将会在放空口附近区域近地面处聚集大面积的高浓度乙烷气云，空气中的乙烷浓度大于7％就会导致人昏迷甚至死亡，随大气漂移扩散的乙烷低温云团将对来不及疏散的人群造成严重的窒息危害。所以从安全性上考虑不推荐采用常规液体管道的冷放空工艺对液相乙烷进行放空。

目前己公开发表的关于放空工艺及装置的专利如下:

发明专利201910634206.2提出了一种气相乙烷管道放空气的回收工艺及装置，该专利主要针对输送介质为气相乙烷的管道提出一种回收工艺及装置，未提及乙烷放空工艺及装置，此外由于相态具有较大差异，，所以无法解决液相乙烷管道的放空问题；

发明专利201610033595.X提出了一种适用于二氧化碳管道放空和泄漏测试的测量装置与测量方法，但是该专利主要针对输送介质为气相二氧化碳的管道提出了一种放空装置，而气相二氧化碳和液相乙烷物性差异较大，所以该放空装置解决不了明显不适用于液相乙烷管道放空问题；

发明专利201911098154.8提出了一种液相乙烷管道放空液的回收工艺及装置，但是该专利主要针对输送介质为液相乙烷的管道提出了一种回收工艺及装置，不具备放空功能，无法实现液相乙烷管道放空；

发明专利201910931725.5提出了一种混氢天然气管道阀室安全放空系统及方法，虽然解决了混氢天然气在阀室中安全泄放问题，但是无法解决在现场工况条件下由于部分液相乙烷发生相变后直接点燃放空从而引起的火雨问题；

发明专利201610196165.X提出了一种研究超临界CO₂管道放空特性的实验装置及方法，可以用来研究超临界CO₂在放空过程中的压力温度等特性，但是该方案采用了冷放空工艺，对于液相乙烷放空来说，冷放空会导致放空口出现高压喷射状况，对周围的操作人员有巨大危险性，还会导致液相乙烷沉积，如有意外热源例如打火机或者其他电器引气的电火花，由于乙烷具有易燃易爆性进而会导致放空点附近爆炸。

发明专利201610411889.1提出了一种页岩气集气站放空气处理方法，主要解决现有页岩气集气站放空气无法实现高效、清洁、安全处理的问题。但是该处理方法主要解决集气站放空气的放空问题，无法解决液相乙烷放空时气液相变产生的火雨问题，也无法解决放空后管道内残余乙烷的排空问题。

综上所述，基于液相乙烷与常规输送液体相比更容易发生相变的特性，考虑到泄漏段液相乙烷经济价值及放空安全性，提出了一种液相乙烷管道阀室热放空工艺及装置，该工艺及装置可以实现液相乙烷的安全放空。该放空工艺避免了对液相乙烷管道泄漏段回收时形成的高昂成本以及冷放空时的安全问题，同时能够解决在液相乙烷热放空时由于气液相变带来的火雨问题以及放空后阀室内部管道残余乙烷的排空问题。

发明内容

本发明的目的是：提供一种液相乙烷管道阀室热放空工艺及装置，可以安全有效地对泄漏状态下的液相乙烷管道在阀室处进行热放空处理。

一种液相乙烷管道阀室热放空装置，由加热器、阻火器、放空火炬、截止阀F1、截止阀F2、截止阀F3、截止阀F4、截止阀F5、截止阀F6、截止阀F7、截止阀F8、截止阀F9、截止阀F10、截止阀F11、截止阀F12、截止阀F13、截止阀F14、截止阀F15、截止阀F16、安全放空阀SV1、安全放空阀SV2、安全放空阀SV3、安全放空阀SV4、节流阀RV1、节流阀RV2、止回阀CV1、止回阀CV2、节流孔板TO1、节流孔板TO2、压力表P1、压力表P2、压力表P3、压力表P4、压力表P5、压力表P6、压力表P7、温度计、流量计FM1、流量计FM2、流量计FM3以及连接上述设备的管道组成，其特征在于：

通过管道依次连接的截止阀F2、截止阀F4、截止阀F6、压力表P1、流量计FM2、节流阀RV1、节流孔板TO1、压力表P2、截止阀F8、截止阀F12、加热器、止回阀CV1、温度计T、截止阀F13、节流阀RV2、节流孔板TO2、截止阀F15、流量计FM3、止回阀CV2、压力表P3、阻火器、放空火炬构成主放空通道；通过管道依次连接的截止阀F1、压力表P4、安全放空阀SV1构成第一放空支路通道；通过管道依次连接的截止阀F7、压力表P5、安全放空阀SV2构成第二放空支路通道；通过管道依次连接的截止阀F14、压力表P6、安全放空阀SV3构成第三放空支路通道；通过管道依次连接的截止阀F16、压力表P7、安全放空阀SV4构成放空火炬底部放空支路通道；通过管道依次连接的截止阀F9、截止阀F10、截止阀F11构成加热器安全旁通管道；通过管道依次连接的截止阀F3、流量计FM1、截止阀F5构成管道干线阀室内部通道；

通过所述压力表P1记录截止阀F2、截止阀F4与节流阀RV1之间的主放空通道进口处压力数据；通过所述压力表P2记录节流阀RV1与截止阀F8之间的节流降压后放空通道压力数据；通过所述压力表P3记录截止阀F15与放空火炬之间的进入放空火炬前通道压力数据；通过所述压力表P4记录截止阀F1与安全放空阀SV1之间的第一放空支路通道压力数据；通过所述压力表P5记录截止阀F7与安全放空阀SV2之间的第二放空支路通道压力数据；通过所述压力表P6记录截止阀F14与安全放空阀SV3之间的第二放空支路通道压力数据；通过所述压力表P7记录截止阀F16与安全放空阀SV4之间的放空火炬底部放空支路通道压力数据；通过所述温度计记录截止阀F8与截止阀F13之间的液相乙烷气化后放空通道压力数据；通过所述流量计FM1记录截止阀F3与截止阀F5之间的液相乙烷管道干线阀室内部通道流量数据；通过所述流量计FM2记录截止阀F2与截止阀F7之间进入液相乙烷放空通道流量数据；通过所述流量计FM3记录截止阀F15与放空火炬之间进入放空火炬的流量数据；通过所述安全放空阀SV1、SV2、SV3、SV4可以控制放空支路的放空压力，当压力降低到一定程度时自动关闭防止阀室管道泄漏；通过所述的节流阀RV1、节流孔板TO1对干线进入放空管道的乙烷进行降压节流；通过加热器可以对经过节流阀RV1、节流孔板TO1的气、液两相乙烷进行加热；所述止回阀CV1可以防止乙烷倒流损伤加热器；所述止回阀CV2可以防止放空火炬底部未完全燃烧乙烷倒流进放空管道造成危害；所述阻火器可以防止放空火炬中放空乙烷回火；通过所述的节流阀RV2、节流孔板TO2对加热器出口处乙烷进行二次降压节流；通过放空火炬可以点燃气化后的乙烷。

本发明由于采取以上技术方案，可以达到以下有益效果：

(1)通过截止阀F3、F5对常规输送管道进行截断；通过截止阀F2、F4、F6、F8、F12、F13、F15可以使乙烷从主放空通道通过；通过节流阀RV1、节流孔板TO1可以防止干线乙烷压力过大、流速过快导致加热器受损，并同时初步气化液相乙烷；通过加热器可以使通过节流阀RV1、节流孔板TO1后的气液相乙烷全部气化，防止放空火炬点燃时由于液相的存在导致火雨发生；通过节流阀RV2、节流孔板TO2可以防止加热器出口气相乙烷放空压力过大，流速过快，导致放空乙烷无法在放空火炬中完全燃烧；通过阻火器可以防止放空火炬中发生回火事故导致放空管道爆炸；通过放空火炬可以点燃放空乙烷使之变成二氧化碳和水后，于放空火炬高点安全放空；通过止回阀CV1、CV2可以防止放空管道内乙烷倒流损害加热器，通过主放空管道可以实现对液相乙烷的安全稳定放空。

(2)通过截止阀F1、截止阀F7、截止阀F14、安全放空阀SV1、安全放空阀SV2、安全放空阀SV3可以使阀室内部放空管道内部残余乙烷从第一、第二、第三放空支路通道通过；通过截止阀F16、安全放空阀SV4可以使放空火炬底部剩余乙烷从放空火炬底部放空支路通道通过。通过第一、第二、第三放空支路通道解决放空管道内乙烷的残留问题，进而保证了阀室放空系统的放空效果。

附图说明

图1是本发明提供的一种液相乙烷管道阀室热放空工艺及装置结构示意图。

图中：1-加热器、2-阻火器、3-放空火炬、F-截止阀、SV-安全放空阀、RV-节流阀、CV-止回阀、TO-节流孔板、P-压力表、T-温度计、FM-流量计。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明作进一步说明，但本发明具体实施形式多种多样，并不局限于以下实施例。

本发明为一种液相乙烷管道阀室热放空工艺及装置，包括：加热器1、阻火器2、放空火炬3、截止阀F、安全放空阀SV、节流阀RV、止回阀CV、节流孔板TO、压力表P、温度计T、流量计FM，以及连接上述设备的管道。

具体实施方式为：

第一步：关闭截止阀F3、F4、F5、F6，防止由于上游压力降低，下游气相乙烷在压力作用下回流；

第二步：启动加热器1，使加热器1达到稳定的工作状态；

第三步：依次打开截止阀F2、节流阀RV1、截止阀F8、截止阀F13、节流阀RV2、截止阀F15，为液相乙烷放空提供主放空通道；

第四步：利用安装在截止阀F2出口处的流量计FM2记录进入乙烷主放空管道内部的液相乙烷输量；利用安装在截止阀F15后的流量计FM3记录进入放空火炬3的气相乙烷输量；

第五步：观察压力表P1记录乙烷进入液相乙烷主放空管道压力数据；观察压力表P2记录放空乙烷流经节流阀RV1及节流孔板TO1后压力数据；

第六步：观察压力表P3记录进入放空火炬3前放空乙烷压力数据，该数据不能高于4.8MPa，如果出现高于该压力的情况应该调整截止阀F2开度，控制进入主放空管道的放空乙烷输量；

第七步：观察温度计T记录经加热器1加热后乙烷的温度并记录温度数据，该数据不能低于33℃，如果出现低于该温度的情况应该增大加热器1的功率，提高温度至33℃以上；

第八步：点燃放空火炬3，实现泄漏段乙烷的热放空处理；

第九步：观察压力表P1的压力数值，当压力表P1显示压力低于0.3MPa时，关闭截止阀F2以及节流阀RV1；

第十步：观察压力表P3的压力数值，当压力表P3显示压力约为0.1MPa～0.2MPa时，关闭截止阀F14以及节流阀RV2；

第十一步：打开截止阀F1、F7、F14，使主放空管道内部的残余乙烷进入第一放空支路通道、第二放空支路通道以及第三放空支路通道，将主放空管道内部的残余乙烷进行放空；

第十二步：打开截止阀F16，使放空火炬3底部未完全燃烧的剩余乙烷进入火炬底部放空支路通道，将火炬底部未完全燃烧的剩余乙烷进行放空，回收结束；

第十三步：在整个放空过程中，如果发生异常高压、加热器故障或其他突然状况，可以紧急关断截止阀F2、F12，打开截止阀F1、F7、F9、F10、F11、F14、F16进行管道内部应急放空，将险情排除。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种液相乙烷管道阀室热放空装置，由加热器(1)、阻火器(2)、放空火炬(3)、截止阀F1、截止阀F2、截止阀F3、截止阀F4、截止阀F5、截止阀F6、截止阀F7、截止阀F8、截止阀F9、截止阀F10、截止阀F11、截止阀F12、截止阀F13、截止阀F14、截止阀F15、截止阀F16、安全放空阀SV1、安全放空阀SV2、安全放空阀SV3、安全放空阀SV4、节流阀RV1、节流阀RV2、止回阀CV1、止回阀CV2、节流孔板TO1、节流孔板TO2、压力表P1、压力表P2、压力表P3、压力表P4、压力表P5、压力表P6、压力表P7、温度计T、流量计FM1、流量计FM2、流量计FM3以及连接上述设备的管道组成，其特征在于：

通过管道依次连接的截止阀F2、截止阀F4、截止阀F6、压力表P1、流量计FM2、节流阀RV1、节流孔板TO1、压力表P2、截止阀F8、截止阀F12、加热器(1)、止回阀CV1、温度计T、截止阀F13、节流阀RV2、节流孔板TO2、截止阀F15、流量计FM3、止回阀CV2、压力表P3、阻火器(2)、放空火炬(3)构成主放空通道；

通过管道依次连接的截止阀F1、压力表P4、安全放空阀SV1构成第一放空支路通道；

通过管道依次连接的截止阀F7、压力表P5、安全放空阀SV2构成第二放空支路通道；

通过管道依次连接的截止阀F14、压力表P6、安全放空阀SV3构成第三放空支路通道；

通过管道依次连接的截止阀F16、压力表P7、安全放空阀SV4构成放空火炬底部放空支路通道；

通过管道依次连接的截止阀F9、截止阀F10、截止阀F11构成加热器安全旁通管道；

通过管道依次连接的截止阀F3、流量计FM1、截止阀F5构成管道干线阀室内部通道。

2.如权利要求1所述的一种液相乙烷管道阀室热放空装置，其特征在于，通过主放空通道实现对液相乙烷气化后的安全热放空处理；通过加热器(1)将流经节流阀RV2、节流孔板TO2的气液相乙烷加热全部气化，防止在放空火炬(3)中点燃时出现火雨事故；通过节流阀RV2、节流孔板TO2控制进入放空火炬(3)的乙烷压力以及速度，防止放空乙烷燃烧不充分。

3.如权利要求1所述的一种液相乙烷管道阀室热放空装置，其特征在于，通过第一放空支路通道、第二放空支路通道、第三放空支路通道排空管道内残余乙烷；通过放空火炬底部放空支路通道排空放空火炬(3)底部剩余乙烷。

4.如权利要求1所述的一种液相乙烷管道阀室热放空装置，其特征在于：流量计FM1记录截止阀F3与截止阀F5之间的管道干线阀室内部通道流量数据；通过所述流量计FM2记录截止阀F2与截止阀F7之间进入主放空通道流量数据；通过所述流量计FM3记录截止阀F15与放空火炬(3)之间进入放空火炬的流量数据。