一、技術(shù)來(lái)源
本技術(shù)來(lái)源于管道局課題《管道輸油氣站場(chǎng)安全生命周期工作方法與技術(shù)研究》，由中國(guó)石油管道局工程有限公司設(shè)計(jì)分公司自主開(kāi)發(fā)。
長(zhǎng)輸管道行業(yè)屬于高危行業(yè)，可能引發(fā)一系列火災(zāi)、爆炸等災(zāi)難性事故，安全儀表系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱SIS)是大量應(yīng)用在管道行業(yè)的重要安全系統(tǒng)，大大降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)、提高安全水平的作用。如何判定SIS系統(tǒng)在事故發(fā)生之前是否瞬間響應(yīng)并及時(shí)動(dòng)作規(guī)避了風(fēng)險(xiǎn)，國(guó)內(nèi)外尚鮮見(jiàn)有關(guān)文獻(xiàn)和報(bào)道，基本還是經(jīng)驗(yàn)型的預(yù)估方法。過(guò)程安全時(shí)間/工藝安全時(shí)間(簡(jiǎn)稱PST)計(jì)算方法是一種先進(jìn)的工藝安全時(shí)間模擬方法，比較PST和SIS響應(yīng)時(shí)間的大小，直接判定SIS系統(tǒng)的有效性。
二、基本原理
利用ASPEN HYSYS軟件，建立模型模擬設(shè)施某一過(guò)程的PST，即從SIS系統(tǒng)的超限報(bào)警到PV變量超過(guò)工藝約束閾值的時(shí)間間隔。
三、工藝過(guò)程
1、明確仿真條件
(1)仿真范圍
根據(jù)研究對(duì)象可以選擇整個(gè)系統(tǒng)，單個(gè)設(shè)備或局部來(lái)進(jìn)行仿真。
(2)定義模型的邊界條件
首先對(duì)系統(tǒng)做出基本假設(shè)：不考慮其他動(dòng)態(tài)參數(shù)，如壓縮機(jī)和渦輪慣性、水擊保護(hù)等;系統(tǒng)的體積是一個(gè)連續(xù)的容積，因此計(jì)算不考慮諸如沿線壓降、環(huán)境熱損失、相變等問(wèn)題;在燃料氣體系統(tǒng)中，沒(méi)有對(duì)外界產(chǎn)生熱損失;系統(tǒng)沒(méi)有與上游或下游的空腔氣體混合;采用“設(shè)計(jì)流體進(jìn)口速度”，不考慮峰值負(fù)荷情況，如管道段塞流的產(chǎn)生和接頭元件的效率。
然后定義模型的邊界條件。新建系統(tǒng)物流，并定義系統(tǒng)進(jìn)出口條件，包括壓力，溫度，流量等。
(3)確定各單元的操作變量
定義過(guò)程源變量和輸出變量(PV變量)，確定輸出目標(biāo)對(duì)象(時(shí)間)。
2、建立模型
(1)系統(tǒng)任務(wù)及功能分析
任務(wù)是計(jì)算SIS系統(tǒng)的超限報(bào)警到PV變量超過(guò)工藝約束閾值的時(shí)間間隔。SIS系統(tǒng)的功能是故障發(fā)生時(shí)有效的阻止事故發(fā)生或蔓延。通過(guò)對(duì)任務(wù)進(jìn)行分類，進(jìn)而對(duì)SIS系統(tǒng)的所有任務(wù)進(jìn)行區(qū)別對(duì)待，以保證基本功能的實(shí)現(xiàn)。具體來(lái)說(shuō)，管道SIS系統(tǒng)的任務(wù)包括壓力、溫度、液位等。
(2)系統(tǒng)定義及設(shè)備組成
設(shè)備組成可能包括物流，控制閥門，管道，過(guò)濾器，壓縮機(jī)，加熱器、污油罐等。明確相關(guān)參數(shù)，包括進(jìn)出口壓力、溫度、流量，物流組分，設(shè)備的機(jī)械參數(shù)，壓縮機(jī)機(jī)芯曲線等。
(3)明確故障判據(jù)
根據(jù)輸送目標(biāo)，明確故障判據(jù)，故障判據(jù)如下：
*閥門關(guān)斷失效;
*出口溫度達(dá)到停機(jī)設(shè)定值;
*出口壓力達(dá)到停機(jī)設(shè)定值;
*壓縮機(jī)停機(jī)。
(4)建立模型
四、技術(shù)特點(diǎn)
1)通過(guò)PST計(jì)算，以PST為衡量指標(biāo)，驗(yàn)證了輸油氣管道工程安全儀表系統(tǒng)的有效性，并定量分析其有效性。
2)通過(guò)PST計(jì)算，解決了整體輸油氣管道工程安全儀表系統(tǒng)功能有效性指標(biāo)空白的問(wèn)題。
五、技術(shù)水平
首次將PST方法應(yīng)用于輸油氣管道工程安全儀表系統(tǒng)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)行業(yè)技術(shù)空白，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。
六、能源消耗
本技術(shù)能源消耗為人力和計(jì)算機(jī)。
七、節(jié)能減排狀況
無(wú)。
八、技術(shù)應(yīng)用條件
本技術(shù)適用于輸油氣管道工程。
九、應(yīng)用實(shí)例
泰國(guó)四號(hào)線壓氣站工程設(shè)計(jì)壓力10 MPa，干線管徑42inch，最大處理量1700MMscf/d，約合160 ×108 Nm3/a。該設(shè)計(jì)技術(shù)在泰國(guó)四號(hào)線壓氣站工程中得到了有效應(yīng)用。通過(guò)應(yīng)用該技術(shù)，保證了站場(chǎng)安全儀表系統(tǒng)的有效性，對(duì)提升管道輸送設(shè)計(jì)的本質(zhì)安全，對(duì)油氣儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)的安全運(yùn)行有深遠(yuǎn)影響。
十、經(jīng)濟(jì)效益
通過(guò)PST計(jì)算，以PST為衡量指標(biāo)，進(jìn)行安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、采購(gòu)和施工，可以總體反應(yīng)安全儀表系統(tǒng)的有效性。摒除安全儀表系統(tǒng)設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)于PST的無(wú)效應(yīng)用，對(duì)設(shè)備的選型和采購(gòu)提供定量的參考依據(jù)，提升了管道輸送設(shè)計(jì)的本質(zhì)安全，對(duì)油氣儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)的安全運(yùn)行有深遠(yuǎn)影響。泰國(guó)四號(hào)線壓氣站工程項(xiàng)目節(jié)省外委費(fèi)用100萬(wàn)人民幣以上。
(來(lái)源：中國(guó)石油和化工勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)) |
