密閉系統內壓強隨溫度變化的研究及應用

張 英，許 峰，李樂樂，蔣和平，譚言果

(1. 中國石化達州天然氣凈化有限公司，四川 達州 635000；2.中國石化中原油田天然氣處理廠，河南 濮陽 457061)

密閉系統內壓強隨溫度變化的研究及應用

張 英1，許 峰2，李樂樂2，蔣和平1，譚言果1

(1. 中國石化達州天然氣凈化有限公司，四川 達州 635000；2.中國石化中原油田天然氣處理廠，河南 濮陽 457061)

氣密性試驗是帶壓系統投用前進行的測漏工序，目的是消除系統內各連接部位的泄漏，達到工藝生產要求。本文采用標準方程式計算出密閉系統內壓強隨溫度變化的數據，與氣密性試驗實際檢測數據作對比，驗證密閉系統內壓強隨溫度變化的規律，作為氣密性試驗結果判斷的參考依據。

標準方程式；密閉系統；溫度；壓力

伊拉克米桑油田新建一處天然氣處理廠，對含硫天然氣進行處理，包括管匯單元，增壓單元、脫硫單元、分配單元和硫磺回收單元等裝置。管匯單元匯集各區域的原料氣輸送至增壓單元進行增壓，增壓后的原料氣進入脫硫單元脫硫，產品氣輸送至分配單元后到用戶點，含硫酸氣進入硫磺回收單元進行回收(工藝流程概況見圖1)。其設計規模為原料氣處理量200×104m3/d，正常操作彈性為50%～105%。在這些裝置投產前，各系統進行對應壓力等級的氣密性試驗。該廠各單元包括眾多不同壓力等級系統，氣密性試驗周期長，由于現場晝夜溫差大，氣密系統壓力隨溫度變化大幅波動，嚴重影響人員對氣密性試驗結果的判斷，延長氣密性試驗周期。本文通過標準方程式計算溫度變化影響壓力的規律，作為氣密人員的參考和判斷依據，對減少氣密性試驗時間，保證裝置順利投產奠定了較好的基礎。

圖1 天然氣處理廠工藝流程概況

1 研究對象

本文選取處理廠分配單元一處分液罐作為研究對象，該設備設計工作壓強為0.6MPa，尺寸ID×T/T(mm)1300×3000。天然氣處理廠在此壓強區間工作的系統眾多，以此為研究對象有較好的適用性。

2 研究方式

2.1 前提條件

以盲板隔離分液罐所有出入口流程，確保罐內密封，用氮氣作為充壓介質，根據氣密性試驗規范，本次試驗壓力為0.66MPa，根據化工中對壓力等級劃分，屬于低壓壓力范圍。

2.2 計算

密閉空間內氣壓與溫度的關系使用理想氣體方程式進行計算①

pV=nRT…①

p表示理想氣體的壓強(Pa)，V表示理想氣體的體積(m3)，n表示氣體物質的量(mol)，T表示理想氣體的熱力學溫度 (K)， R表示理想氣體常數(J/mol/K)。

2.3 試驗數據

試驗使用氮氣為分液罐充壓至0.660MPa， 對分液罐各盲板隔離點進行試漏，確保無泄漏情況出現，試驗記錄了一天中不同溫度下罐體壓力表實際數值，見表1。

表1 不同溫度下罐體壓力表記錄數據

2.4 計算數據

分液罐的體積V=πr2h=3.14×(1.3/2)2×3=4.225m3

根據試驗起點壓強和溫度計算分液罐內氮氣物質量,理想氣體常數R=8.314

n=pV/RT=(660000×4.225)÷[8.314×(273.15+25)]=1124.931mol

根據理想氣體方程式，在不同溫度下分液罐內壓強隨溫度變化的計算數據如下表2。

表2 計算數據表

4 數據對比

通過實際記錄數據和計算數據繪制折線圖(圖2)。

圖2 數據對比圖

在此壓力區間，使用氮氣充壓，實際數據和計算數據最大偏差為0.013MPa。根據處理廠氣密性試驗合格6小時壓降不大于氣密壓強的1%的標準，適用于氣密系統試驗期間判斷是否存在漏點的標準。計算數據與記錄數據基本一致。

5 結果分析

本文采用理想氣體方程式驗證在1MPa以下壓強范圍內的計算數據與實際記錄數據對比結果基本一直，因此這種計算可用作氣密性試驗是否合格的驗證方式。

6 應用

天然氣處理廠各裝置在此壓強范圍內的氣密系統通過使用上述計算方式的驗證，有效的判斷出氣密系統是否存在漏點，減少了重復氣密的次數，也為氣密性試驗驗收提供了參考依據。

[1] 丁伯民.ASME Ⅷ 壓力容器規范分析[M].北京：化學工業出版社，2014.

[2] 王紀兵.壓力容器檢驗檢測[M].2版.北京：化學工業出版社，2016.

[3] 巴曉革.物理化學[M].北京：中國醫藥科技出版社，1999.

(本文文獻格式：張 英，許 峰，李樂樂，等.密閉系統內壓強隨溫度變化的研究及應用[J].山東化工，2017，46(10)：155,159.)

2017-03-23

張 英(1988—)，四川遂寧人，2012年畢業于西華大學機械電子工程專業，獲學士學位，現就職于中原油田普光分公司天然氣凈化廠，從事天然氣凈化裝置中控內操工作。

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