海上平台高速火炬燃烧特性的数值模拟研究.pdf

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1、第28卷第3期中国海洋平台V01．28No．32013年06月CHINAOFFSHOREPLATFORMJun．，2013文章编号：1001—4500【2013)03—0053—04海上平台高速火炬燃烧特性的数值模拟研究张明，衣华磊，刘向东，王春升(中海油研究总院，北京100027)摘要：火炬系统的目的是将油田生产出来的多余伴生气或者生产设施中泄放出来的气体在一个安全位置上泄放掉。海上平台生产过程中，在火灾、堵塞等事故工况时，泄放系统将承担非常大的负荷。因此对于高压、大泄放量气田，为了减小火炬头及火炬臂的尺寸，会照按较高的泄放流速设计。因此对海上平台火炬燃烧进行数值模拟，并对火

2、炬的燃烧特性，火焰形态以及在不同风速下的抗倒伏能力进行分析研究。关键词：火炬；燃烧；数值模拟中图分类号：TE88文献标识码：ATheNumericalSimulationonCombustionCharacteristicsofOffshorePlatformFlarewithHighDischargeFiowrateZHANGMing，YIHua—lei，LIUXiang—dong，WANGChun—sheng(CNOOCResearchInstitute，Beijing100027，China)Abstract：Flaresystemsareusedinoffshorepl

3、atformtodisposeoftheassociatedgasordischargegasfromproductionfacilities．Intheoffshoreplatformproduction，theflaresystemwilldischargeahugeofgasatfireorblockagecase．Inordertodecreasethedimensionofflaretipandflareboom，theflaresystemisusuallydesignedwithhighdischargeflowrate．Inthispaper，thenumeri

4、calsimulationiscarriedoutontheoffshoreplatformflarecombustion．Thecombustioncharacteristics，flameshapeandtheflameangleatdifferentwindspeedareana—lyzed．Keywords：flare；combustion；numericalsimulation0引言在海上油田开采过程中，通常有大量的伴生气产生，这些气体是可燃、有毒或带腐蚀性的烃类气体，如果不及时将这些气体处理掉而直接排放到大气中，可能造成火灾和严重的污染事故口]。设计火炬系统的目的就

5、是将油田生产出来的多余伴生气或者生产设施中泄放出来的气体在一个安全位置上烧掉，以确保平台的安全。依据APIRP521规范[2]，目前海上平台常规火炬设计已经形成了一套较为成熟的设计方法，一些专家学者也从工程设计和工程安全的角度对常规火炬开展了一定的研究工作。陈荣旗[33分析和介绍了平台上常见的事故以及各种事故状态下气体泄放量的计量公式，并在此基础上就火炬系统设计泄放量的确定原则和计算方法作了较全面的论述。夏志[41应用专业火炬计算软件Flaresim，分别对各种工况的马赫数、热辐射强收稿日期：2012—07—06作者简介：张明(1981一)，男，博士。中国海洋平台第28卷第3期

6、度、火炬分液罐尺寸及背压进行了校核。王东宝[5]应用计算流体动力学模拟(CFD)技术对八角亭平台放空火炬在不同工况下的燃烧和热辐射状况进行了模拟，并将CFD模拟结果与以往工程方法计算结果进行了对比。一些研究还利用实验手段对火炬热辐射进行了测定。郭同玲[63通过实地测量火炬的温度、黑度、长度、宽度以及主甲板与火炬附近主要设备的表面温度，计算出火炬的实际辐射强度及火炬辐射强度对甲板和甲板上设备的影响。何坚[73利用红外热像仪对海洋采油平台火炬辐射强度进行了实验研究。以往的研究工作，主要根据规范中的工程计算方法进行分析，文献[53利用了较为先进CFD技术进行研究，其研究偏重于对火焰辐

7、射强度的计算以及与工程方法计算结果的比较，但没有给出火焰燃烧时温度场、速度场以及火焰燃烧形态的详细结果图。APIRP521中提到，如果压力降、噪音和其他因素允许，可以根据0．5马赫数或更高的泄放速度进行设计。目前对于高压、大泄放量气田，为了减小火炬头及火炬臂的尺寸，会按较高的泄放流速设计(音速或者超音速)。海上平台生产过程中，泄放量具有较大的变化区间。在火灾、堵塞等事故工况中，泄放系统将承担非常大的负荷，在这些危险工况，高泄放流速下，火炬的工作情况是研究人员最为关注的。因此很有必要针对大泄放