Размер разгерметизации и устройствах для сброса давления сегменты подвергаются огня
Безопасность
Трубопроводы и оборудование должны выдерживать без разрушения пожаров. Это может быть достигнуто путем имущества проектирования помощи и разгерметизации системы и использование пассивной противопожарной защиты, в случае необходимости.
В данной статье представлены минимальные требования для проведения надлежащего разгерметизации и пожарной помощи расчетов с процедурой калибровки разгерметизации и оказания помощи в системах под давлением простреливается. Инженерный подход для моделирования геометрически сложных сегментов процесса подробно. Такой подход исключает необходимость описания общей геометрии сегмента в деталях. Пожар модель описывается с требуемыми параметрами ввода. Параметров будет разным для разных характеристик огня.
Минимальные требования для расчетов
Некоторые инструменты моделирования для калибровки разгерметизации отверстий и предохранительных клапанов. Большинство не имеют необходимого физического моделирования требуется. Ниже приведен список минимальных требований для проектирования разгерметизации и устройствах для сброса давления системы подвергаются пожара:
* Строгое термодинамики (модель многокомпонентной жидкости и использовать уравнения состояния)
* Огонь моделирование (излучательные, поглощения, температура, конвекция, первоначальный поток, продолжительность и размер)
* Сегмента (судно, трубы) свойств материала, например, растяжение (разрыв) силы, теплоемкость, электропроводность все зависят от температуры * теплообмена коэффициентов (кипения, излучения, конвекции и проводимости)
* Массообмена между жидкой фаз (кипение и конденсация)
* Жидкости, т. е. поток режима расчетов (ламинарный или турбулентный), которые вводятся в теплоносителя и давления падение расчетов
* Моделирование процесса геометрии сегмента (объем системы, системы внешней и внутренней стены областях, веса, толщины стенок, жидких и газообразных-х томах)
* Изоляция (толщина и проводимость)
* Стресса или напряжения, в зависимости от критериев, используемых разрыв, к которому все трубы и оборудование подвергаются.
Огонь
Моделирование пожаров для технических целей требует упрощения по сравнению с более тщательной турбулентного горения моделей, используемых в вычислительной гидродинамики (CFD). Тем не менее, крупномасштабных испытаний (3) подтвердили, что инженерный подход к моделированию огонь дает стен и жидкости профили температуры, близкие к измеренные при выборе соответствующих входных параметров для уравнения. 1.
Прежде чем приступить к огню модели, некоторые термины должны быть определены:
Глобальной огонь большой пожар, охватывает весь или значительную часть процесса сегмента. Местной пожарной появляется небольшой (местных) площадь процесс сегмент тепло огня пик потока. Струи огня зажигается релиз под давлением, легковоспламеняющиеся жидкости. Бассейн огонь горения легковоспламеняющихся или горючих жидкостей пролито и остающиеся на поверхности. Вентиляции и топливно-контролируемые пожары относятся к стехиометрическому соотношению воздух-топливо (рис. 1).
Рисунок 1 является общим для обоих струи и бассейн огня; с той разницей, высшее потока для реактивного огня. Для бассейн огня, API (4) показано, как ниже, пунктирная линия с правой стороны. Обратите внимание, что в уравнении API RP 521 использует, увеличивая площадь уменьшает поток. Пунктирные линии представляют собой средний тепловой поток. Тем не менее, при изучении общего объема огня, любая точка на непрерывной кривой будет найден. Вентиляции контролируемой огня слева от пика теплового потока на рисунке 1 в стехиометрии 1.
Огонь уравнения
Поглощенной тепловой поток будет сокращен с ростом сегмента температуры и температуры стационарном сегменте будет достигнуто, когда приток тепла от огня, равно оттока тепла от сегмента.
Открыть фактор, который не входит в уравнение. 1, является коэффициент масштабирования для радиационных условиях. Зрения фактора 1,0 с. Она равна 1,0 когда сегментов, которые поглощают излучения "видит" ничего, кроме оптических, толстые пламени. Расчет зрения факторов является сложным и консервативным предположением предусматривает использование в целях фактором 1,0, что приводит к формуле. 1.
Падающий поток тепла рассчитывается путем установки альфа-сегмента 1,0 и без учета срока сегмента теплоотдачей. "Первоначальный поток тепла инцидент" от пожара исчисляется путем установки (сегмент = 1,0 и Т segmente качественно к нормальной рабочей температуры (от холодной сегмента).
Вклад в огонь уравнения
Различных условиях в огне уравнения объединяются для достижения требуемых первоначальных потоков тепла. В таблицах 1, 2 и 3 предложить значения, которые будут использоваться. Поглощения излучения сегмента и в формуле. 1, как правило, равны и зависят от характера поверхности. Типичные значения 0,7-0,9. Стоимостью около 0,8 характерен для окисленных поверхностей. Значение будет меняться все больше и больше сажи придает поверхности. Более подробную информацию о поглощения и излучения, см. 5.
Объединив предложили высокий или низкий типичные значения в огонь уравнения, тепловых потоков в сторону холодной сегмента (табл. 4 (6)). Типичные тепловых потоков измеряется в крупных пожара струи и бассейна огневых испытаний находятся в пределах максимальных и минимальных значений в таблице 4. NORSOK (7) рекомендует использовать первоначальный тепла инцидента потоков, как это указано в таблице 5. Калибровка процедуры
Противопожарной помощи и разгерметизации расчетов определить:
* Размер клапаны и отверстия разгерметизации
* Требования к пассивной противопожарной защиты "(ПРМ)
* Размер трубы вниз по течению от оказания чрезвычайной помощи и разгерметизации арматуры (если таковые имеются)
* Оптимальное расположение секционирование системы клапанов
* Минимальная температура дизайн для факельной системы (если таковые имеются), а также под давлением сегмента.
Минимальной расчетной температуры может повлиять на выбор материалов рассматриваемой системы оценки. Дизайн как правило, начинается с рассмотрения из углеродистой стали и нержавеющей стали в качестве материала строительства. Тем не менее, температура расчетов может привести к необходимости использовать различные марки стали, например, заменить нормальный углеродистой стали с 1 подходит для низких температур.
Разгерметизации-отверстие-процедуры калибровки
Перед запуском разгерметизации расчетам, должны быть следующие основания:
* Струи огня сценариев пожара, огонь бассейн, местные огонь, огонь глобальной и т.д.); определить начальный тепловой поток, продолжительность и размер (степени) от пожаров)
* Критерии неприемлемого разрыва, который, как правило, один или несколько разрыва давление, выпустила горючих / токсичные жидкости при разрыве, и времени до разрушения
* Время от начала пожара до разгерметизации инициируется
* Физические свойства - предел прочности при растяжении (UTS), теплоемкость и теплопроводность - при повышенных температурах (до 800-1000 ° С) для строительных материалов, используемых в сегментах разгерметизации
- Геометрия разгерметизации сегмента (объем системы, площадь стен, вес и т.д.).
После приведенных выше данных собраны, последующей итерационной процедуры на рисунке 2. Цель этого разгерметизации дизайн является ограничение использования пассивных противопожарной защиты "(ПРМ) по разгерметизации как можно быстрее, сохраняя при этом в рамках пропускной способностью факельной системы. ПНП следует избегать из-за риска последствий незамеченными коррозии под изоляцией, а также установка дополнительных и эксплуатационные расходы, понесенные систем ВРР.
При проектировании нового завода, это не рекомендуется рассмотреть возможность использования всей вспышки пропускной способности системы в расчетах. Это сделано, чтобы для будущих тай-модули и ожидаемый рост проекта. Однако, с увеличением проектной мощности вспышки система, меньше ФПП, как правило, не потребуется.
Хотя местные огонь высшего поток тепла, чем глобального пожара, огонь глобальной обычно выставляет давлением сегменте наибольший поток тепловой энергии, за счет большей площади охватываемых глобального пожара. Таким образом, глобальные огня параметры определяют разрыв давления. С другой стороны, местные огонь имеет самый высокий тепловой поток, поэтому его параметры определяют разрыв температуры процесса сегмента.
Клапаны и фланцы, не учитываются в порядке. Кроме того, он не считает, что смягчение последствий активной противопожарной защиты (например, потоп). Калибровки критерии устанавливаются, чтобы избежать неприемлемого разрыва, который может перерасти в огонь.
Шаг 1: Выполните первоначальную оценку размера всех де-
герметизация устья, с использованием возможностей факельной системы в расчетах. Рекомендуется вначале оценка отверстие диаметром, что берет под давлением ниже "неприемлемым" разрыв давления в обычном времени до разрушения. Начальное давление должно быть высоким нормальное рабочее давление или выравнивания давления (урегулировать давление выключения) для сжатия сегмента. Глобальной огонь должен быть использован. Типичное время до разрушения могут быть установлены на этом отрезке, необходимое для достижения 600-C 800deg стены температуры, в зависимости от толщины стенки. Значение 5-10 мин характерно для сухой стены подвергаются среднего теплового потока струи огня, без разгерметизации.
Одним из путей повышения безопасности завода увеличить скорость сброса, как опасные аспекты сегмент увеличится. Общий коэффициент продувки могут быть оставлены без изменений за счет увеличения сброса раз менее опасных участках. Части, содержащей большое количество света жидкости (например, конденсата и сжиженного нефтяного газа (СНГ)), те, которые приведут к кипящей жидкости расширения пара взрывов (BLEVEs), рассматриваются как особо опасных разделе. В любом случае, могут быть ограничения на максимальный градиент давления по таким статьям, как компрессоры или прокладки.
Шаг 2: Добавить изоляции, если требуется, и имитировать давление профиля при разгерметизации, когда разоблачение сегмента глобальной огня. Для первой итерации только пропустить этот шаг и перейдите к шагу 3. Глобальной огонь добавить тепла в огонь, подвергшихся воздействию области без ПНП. Начальное давление в этот расчет должен быть равен высокий нормальной эксплуатации или решить отказа давления. Кредиты для изоляции должно быть приведено только для ПНП. Трубопроводов и оборудования с изоляцией использована для иных целей, чем для ВРР, следует рассматривать как неизолированные.
Нереалистичные противодавления в факельной системы может привести к слишком быстрому моделируемых разгерметизации. Отверстия противодавление должно быть основано на зависящие от времени одновременного номера разгерметизации.
Если разгерметизации сегмент 100% пожарных изоляцией, то целостность изоляции и поддерживает обычно определяет максимально допустимое время разгерметизации, которая, как правило, 30-60 мин. Счет за целостность изоляции путем расширения разгерметизации время 100% пожарных изолированные секции. Льготный тариф разгерметизации для этого раздела используются, чтобы учесть увеличение скорости от самых опасных разгерметизации сечения. Льготный тариф разгерметизации может увеличить продолжительность пожара, если утечка в этом разделе является источником огня.
Шаг 3: Моделирование температурного профиля для всех трубопроводов и оборудования в сегменте разгерметизации при контакте с местными потока пик жары. Струи огня, как правило, используемая в этих расчетах, но местные нагрузки на бассейн пожара должны использоваться, если этот этап не будет подвергаться струи огня. "Все трубопроводы" означает, что все трубы различного диаметра, давления классов и / или материального свойства. Температурного профиля для одного конкретного труба обычно весьма чувствительны к изменению давления внутри сегмента, то есть профили температуры от первой итерации может сохраняться в течение всей процедуры итерации. Окончательное обновление профилей температуры должны быть выполнены до последней итерации.
Шаг 4: Вычислить или нет трещин. Определить напряжения или деформации, что все трубы и оборудование подвергаются для температурах и давлениях, видели во время разгерметизации (рассчитывается в шагах 1 и 2, и пункт 3) и определить, является ли сегмент будет разрыв.
Две неудачи (разрыв) критерии часто используются: максимальное напряжение или максимального напряжения (% удлинение). Критерию максимального напряжения, как правило, UTS. Разрыв деформации вопрос определения. Штамм расчеты требуют конечно-элементного моделирования системы, которая, как правило, не выполняется в течение этого поэтапный метод. Такие расчеты должны проводиться в целях проверки в окончательной конструкции.
Рекомендуется, чтобы ОТС сокращением на 20% или более, в зависимости от надежности данных UTS. 20% запаса. Сокращение толщины стенок по бухгалтерскому учету на мельницу терпимости. Надо полагать, что нижняя мельницы терпимости будет доставлено. Сокращение силу, в том числе сварных фактор. Опять же, трубопроводов инженер следует консультироваться.
Шаг 5: Проверка разрыв давления на соответствие критериям приемлемости. Если все трубы и оборудование в сегменте разгерметизации удовлетворить критериям приемлемости, а затем противопожарной изоляции завершена. Перейдите к шагу 7 для низкотемпературных расчет, в противном случае перейдите к шагу 6 и добавить в изоляции. Кроме того, вернуться к шагу 1 и увеличение размера отверстия или увеличить мощность вспышки системы.
Шаг 6: Определить, какие трубопроводов и оборудования для противопожарной изоляции. Если запустить трубопроводов или оборудования не соответствует критериям приемлемости, а затем добавить ВРР на один или несколько из этих компонентов. Рекомендуется добавить ВРР в коррозионно-стойкие трубы большого диаметра. Но, если Есть труб, которые уже изолированные по причинам, не ВРР, они должны быть огонь изоляцией в первую очередь.
Причины выбора труб с наибольшим диаметром это самый критический по отношению к реакции сил и волн давления, когда она разрывается, и это потребует наибольшее количество изоляции на длину. Большие трубы и дешевле красить и изолировать (на единицу площади), чем более мелкие. Причина для изоляции коррозионно-стойкие трубы первой, чтобы избежать изоляции на металлы, которые разъедают легче. Когда частично изоляционные трубы, желательно добавить покрытия на области, где вероятность пожара и является крупнейшим и где осмотр изоляции и труб может быть легко.
Шаг 7: Вычислить дизайн низкотемпературной ограничение разгерметизации сегмента (это известно как минимальный дизайн-расчет температуры) и вспышки системы выхлопная труба. Это разгерметизации расчет должен быть выполнен без огня вклад в разделе. Все планируемые виды изоляции (не только противопожарной изоляции) должны быть приняты во внимание. Начальная температура должна быть минимальной температуры окружающей среды и минимальной рабочей температуре, в зависимости от нижней. Начальное давление рассчитывается восстановления системы до начала температуры до разгерметизации. Восстановления расчет следует проводить с использованием поездки давления со стороны высокого давления выключения. Минимальная температура при вспышке, выхлопная труба должна быть рассчитана с разгерметизации сегмента в качестве единственного источника для факельной системы.
Другие соображения
Некоторые основные из них, которые надо запомнить:
* Потеря болта предварительного натяжения из-за удлинения болта в результате повышения температуры имеет важное значение при изучении фланец провал. Трубопроводов инженер следует консультироваться по этому вопросу. Фланцы рекомендуется противопожарной изоляции.
* Строки в факельной системы, не имеющие потока во время пожара, разгерметизации (например, ниже давления, контроля и давления, клапаны), как правило, огонь изоляцией, потому что: они тонкостенные и могут нагреваться быстрее; разгерметизации газ течет в факельная система не охлаждает эти трубы, а также факельная система будет находиться под давлением до значения вблизи ее расчетного давления, в то же время, что труба с высокой температурой.
Fire-предохранительного клапана процедуры калибровки
Калибровка противопожарные клапаны (рис. 3) должны быть выполнены с тем же минимальным требованием, как это указано в начале статьи. Кроме того, процедура внимательно следует, что для калибровки разгерметизации отверстий, за исключением, конечно, что давление будет расти, пока клапан открывается. Размер перепускного клапана должно быть таким, что минимальный рельефно-ставка равна жидких испаряющегося и газа расширения ставок. Это позволит избежать повышения давления выше давления срабатывания предохранительного клапана.
Пожарный клапан, как правило, не защищает систему от давления разрыва, если газовый часть системы подвержена пожару. Огонь клапан, как правило, защищают от разрушения, если пламя подвергается увлажненные стены только тогда, когда кипящая жидкость внутри держит температуру стенки на относительно низкой стоимостью. Для многокомпонентных смесей, температура будет расти по мере более легких компонентов испаряться, и стены в конечном итоге достигнет разрыв температуры, даже если это заполненной жидкостью.
Моделирование процесса сегментов
Здесь, мы представляем подход к моделированию и сложный рельеф разгерметизации сегментов. Метод моделей полный комплекс геометрии, создав один гипотетический сегмент, который представляет собой суммарный объем системы и теплообмена районах, а также ряд суб-сегментов, которые представляют собой "реальные" геометрии сегмента.
Гипотетической сегмент используется для расчета давления в системе во время разгерметизации или помощи. Subsegments используются для расчета температурной реакции каждой части трубопроводов и оборудования в рамках процесса сегмента. Субсегменты моделируются с тем же геометрическую информацию, которая требуется для расчета стены, температуры и реагирования, а именно - к югу от толщины стены сегмента, сегмента или диаметр трубы и внутри жидкости.
Гипотетические сегмента используется для давления в системе
Гипотетической сегмента моделируется реальный объем, система внешней зоны, с и без ВРР системы внутри зоны в контакте с газом, системы внутри зоны в контакте с жидкостью, а вес системы (трубопроводов и оборудования) .
Гипотетической сегмента моделируется в виде цилиндра. Эта форма определяется с диаметром, равным всего - доминирующей (по объему) диаметр на любой предмет, трубопроводов и оборудования в оригинале сегмента. Связанных толщиной стенки для этого диаметр должен быть использован. Длине цилиндра установлено, что его объем равен объему исходного сегмента. Уровень жидкости регулируется для получения фактических объема жидкости. Гипотетической цилиндра теперь представляет правильный объем системы. Тем не менее, площадь внешней этого цилиндра должны быть скорректированы до realsystem внешней области путем вычитания или добавление газа и жидкости в области этого сегмента. Таким образом, теплообмен с окружающей средой (огонь, воздух) будут смоделированы по реальным области. Системы внешней и внутренней областей может быть различным для высокого давления (как правило, 100-150 бар), с большим количеством малых диаметров трубопроводов (как правило, 3 мм и ниже), и должны также быть откорректирована с учетом реального системы внутри области. Этот эффект является крупнейшим для труб на коррозию, то есть те, из углеродистой стали, в целом. Доминирующей (по весу) качество металла должно быть указано.
Уникальная геометрия применяется для облицовки температуры расчетов. Температура реакции труб или оборудования подвергаются огня зависит от толщины стенки металла, свойства (например, теплоемкости и теплопроводности) и тепловой массы внутри жидкости. Каждая комбинация этих рассчитывается индивидуально, для определения возможных различных стены температуры ответы системы.
Точное и за ее пределами диаметра (LD.s и ОРВ) должны быть использованы. LD. будет определять тепловой массы внутри жидкости. Наружный диаметр позволит расчета пожарной пораженном участке. Любая длина может быть использован, так как объем суб-сегменте и масса пропорциональна длине. Фактическую толщину, минус коррозию, должны быть использованы. Фактической толщины номинальной толщины стенки, минус допустимое отклонение от толщины трубы (мельница терпимости). Коррозию должны учитываться после сокращения на мельницу терпимости. Типичные значения мельницы терпимости 1,5-3 мм для углеродистой стали, с большим значением время
Благодарности Мы хотели бы поблагодарить Odgaard Эрик Ян А. Паппас и Гейр Джо
Хансен (Norsk Hydro, безопасности и дисциплины трубопроводов) за полезные обсуждения. более распространенным явлением. Мельницы терпимости указан на листе трубы данных. Когда эта терпимость не определяется поставщиком труб, проконсультируйтесь трубопроводов инженер.
Правильный металл или сплав состава должны быть использованы для получения правильного свойства материала (например, теплоемкость, электропроводность и UTS). Если ОТС "не доступен при повышенных температурах, предварительное растяжение кривой может быть сделан на основе ЕТС, в 20deg C, это обычно доступны. Когда прочность при повышенных температурах известен материала, близкого по своим физическим свойствам (то же семейство материалов, таких как два различных углеродистых сталей), то разница в процентах на ЕТС на 20deg C сохраняется при любых температурах. То есть, новый растяжения кривой силы должны иметь те же формы, как известно кривой. При прочности на растяжение при повышенных температурах, не известно, для материала в одной семье, то разница в процентах между ОТС "и выход на 20deg C уменьшается линейно от 20 до 1000 град C. ОТС", должны быть освобождены, по крайней мере 30% (а не 20%) в таком приближении. Когда-ОТС равна текучести в вышеуказанном расчете, то ОТС должен быть установлен равным пределу текучести при повышенных температурах.
Заключительные замечания
Мы считаем, что расчет продольных напряжений представляет собой серьезную проблему при выполнении разгерметизации и дизайн огонь помощи. Моделирование нестационарных пожарные характеристики (объем и поток тепла) также представляет собой проблему, поскольку схема установки, как правило, неизвестных на этапе проектирования. Доходность и ОТС данных при температурах выше 400-500'C часто не существуют для материалов, используемых в системе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Институт нефти, "Руководство по проектированию и защите давлением системы противостоять серьезных пожаров", Inst. нефти, Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии (будет опубликован в ближайшее время).
2. Scandpower риск-менеджмент "Руководящие принципы по защите давлением системах, подверженных Fire", Scandpower AS, Норвегия (<A HREF = "http://www.scandpower.com/?CatID=1071" целевых = "_blank" относительной = " NOFOLLOW "> www.scandpower.com/?CatID=1071 </ A>) (13 мая 2002).
3. Странно, Е. и др., "Определение температуры и факельных ходе разгерметизации и Fire", документ, представленный на 72-й ежегодной газа Процессоры Ассоциации Конвенции, Сан-Антонио, штат Техас (1993).
4. Американский институт нефти, "Руководство для давления Освобождение и разгерметизации системы," API Рекомендуемая практика (RP) 521, 4 изд., API, Вашингтон, округ Колумбия (1997).
5. Incropera Ф. П. и Д. ДеВитт, "Основы тепло-и массообмена", 4 изд., John Wiley, Нью-Йорке (1996).
6. Здравоохранения и безопасности ", совместный проект промышленности по Blast и пожарной техники Топсайд структуры" OTI 92 596/597/595, ВШЭ, Великобритания. (1991).
7. NORSOK Standard "технической безопасности," S-001, Rev 3, (<a target="_blank" href="http://www.nts.no/" rel="nofollow"> www.nts.no/ </ A> NORSOK) (2000).
PER SALATER, Сверре I. OVERAA и Элизабет KJENSJORD, Norsk Hydro ASA
PER SALATER является главным инженером в Norsk Hydro ASA (N-0246 в Осло, Норвегия, телефон: 47 22 53 76 91, факс: 47 22 53 95 37, E-почта: <A HREF = "mailto: per.salater @ гидро . Ком "> per.salater @ <hydro.com />). Он имеет более чем десятилетний опыт работы в качестве процесса и системы инженера по Северной Norsk Hydro в море нефти и газового хозяйства. В сферу его деятельности являются проектирование системы, теплообменник тепловой конструкции и разгерметизации системы. Он с Сверре Overaa совместно запатентованных (PCT/N099/00123, патент США 09/673467) конструкция, которая устраняет факельной системы для объектов нефте-и газоперерабатывающих и заменяет его продувки заголовок связанные с хранением. Он имеет степень магистра в области машиностроения в Норвежском технологическом институте, Тронхейм.
Сверре J. OVERAA является главным инженером на Norsk Hydro ASA (телефон: 47 22 53 81 оо, факс: 47 22 53 27 25, E-почта: <A HREF = "mailto: Sverre.J.Overaa @ hydro.com" > Sverre.J.Overaa @ <hydro.com />). Он является членом ГПД технический раздел F исследовательского комитета. Overaa имеет лишь через несколько лет опыта работы в качестве процесса и системы инженера Северного моря, Norsk Hydro в нефте-и газовой промышленности и в настоящее время глава технических систем для проекта Ормен Ланге в развитие Norsk Hydro. В сферу его деятельности являются моделирование свойств жидкости и конструкции системы. Он с Пером Salater совместно запатентованных PCT/N099/00123, патент США 09/673467.
ЭЛИЗАБЕТ KJENSJORD является инженер-технолог с Norsk Hydro ASA (телефон: 47 22 53 81 оо, факс: 47 22 53 27 25, E-почта: elisabeth.kjensjord @ hydro.com). Она участвует в процессе разработки нефтяных и газовых объектов Norsk Hydro и в настоящее время участвует в разработке месторождения нефти Грейн расположен на норвежском континентальном шельфе в южной части Северного моря. Она имеет степень магистра в области химического машиностроения Норвежский Univ. науки и техники.
