确定炼化喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及确定炼化喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系的方法和系统。所述方法确定原油炼化喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系的方法，包括步骤1，确定原油炼化喷嘴内部的气体流动模型；步骤2，根据特定方程，获取超声速流下喷嘴出口喉道直径的最大值；步骤3，获取原油催化裂化过程中的测量参数，包括喷嘴液膜厚度、喷嘴出口喉道直径、蒸汽进气量；步骤4，根据测量参数拟合公式计算喷嘴喉道尺寸与液膜厚度关系。本发明专利技术对原油炼化喷嘴的喷嘴喉道尺寸与液膜厚度关系进行了分析和模拟计算，可以得到了原油雾化过程中最优的喷嘴喉道尺寸与液膜厚度关系区间，为提高石油炼化性能及减少能源消耗提供指导。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油化工领域，具体涉及确定炼化喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系的方法和系统。
技术介绍
近年来，催化裂化炼油过程中，由于原料油的劣质、重质化趋势，对催化裂化的原料油雾化喷嘴提出了更高的要求。原料油雾化喷嘴基于高速流动过程雾化的机理，双喉道构型喷嘴是一种能够达到高效雾化的喷嘴构型，其工作原理为：喷嘴中心管道进高压蒸汽，原料油由第一喉道后端开口处进入混合腔。蒸汽经过第一喉道充分加速后，与原油在混合腔形成强剪切流，通过第二喉道后，摩擦，混合雾化，之后以射流形式将混合油气从喷嘴出口喷出。通过对管道流动的机理分析，可以得到射流破碎的雾滴SMD与射流气液两相的速度差呈负相关关系，也就是说，射流气液两相的速度差越大，喷嘴的雾化粒度越细。所以有效的控制射流气液两相速度差对雾化结果有着关键的影响。喷嘴的结构设计中，其中一个重要参数为喷嘴的出口喉道尺寸的控制，通过调节喷嘴的出口喉道尺寸可以改变喷嘴出口的气液速度差，同时也会给气体流量带来影响。然而现有技术中喷嘴出口喉道直径与雾化结果控制参数(喷嘴出口气液速度差)、蒸汽消耗量的关联控制还需要进一步探索和提高，以减少能源消耗同时达到最优的炼化效果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供确定炼化喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系的方法和系统。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：确定炼化喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系的方法，包括如下步骤：步骤1，确定炼化喷嘴内部的气体流动模型；步骤2，根据特定方程，获取超声速流下喷嘴出口喉道直径最大值Dmax；步骤3，获取原油催化裂化过程中的测量参数，包括喷嘴出口喉道直径D、蒸汽进气量、出口蒸汽速度、出口原油射流速度；步骤4，根据测量参数拟合公式计算喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系。本专利技术的有益效果是：对原油炼化喷嘴的喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系进行了分析和模拟计算，可以得到了原油雾化过程中最优的喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系区间，为提高石油炼化性能及减少能源消耗提供指导。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述步骤1中气体流动模型为变截面一维等熵流动模型，通过一维定常流动欧拉运动方程、一维可压缩定常流动连续性方程、声速公式及马赫数推导出亚声速气流及超声速流在不同的管道中的压力与速度的关系。采用上述进一步方案的有益效果是：通过模型推导，指导预定测量参数的选取和对石油炼化过程中参数的测量。进一步，所述步骤2中喷嘴出口喉道满足拉伐尔喷嘴构型,所述特定方程为理想气体状态方程，通过声速公式及一维可压缩定常流动连续性方程计算推导出喷嘴出口喉道直径最大值Dmax的公式。采用上述进一步方案的有益效果是：通过理想气体状态方程计算得到超声速流状态下喷嘴出口喉道直径的最大值，为最后的拟合计算做准备。进一步，所述步骤4的具体实现包括：步骤4.1，根据测量的出口蒸汽速度、出口原油射流速度和喷嘴出口喉道直径D，以及计算出的喷嘴出口喉道直径最大值Dmax，计算喷嘴出口两相射流韦伯数和出口喉道直径实际取值D与喷嘴出口喉道直径最大值Dmax的比值的关系，修正并绘制喷嘴出口两相射流韦伯数和喷嘴出口喉道直径实际取值与比值的关系曲线，并通过数据拟合得到喷嘴出口两相射流韦伯数计算式；步骤4.2，根据实验测量的经验参数，得到喷嘴出口喉道尺寸与蒸汽进气量公式；步骤4.3，基于所述喷嘴出口喉道尺寸与蒸汽进气量公式及测量参数计算并绘制喷嘴出口喉道直径无量纲尺度与气液质量比的关系曲线；步骤4.4，根据生产中的油品性质对雾化结果的要求、雾化蒸气量的配比要求，基于喷嘴出口两相射流韦伯数和喷嘴出口喉道直径实际取值D与喷嘴出口喉道直径最大值Dmax的比值的关系曲线和所述喷嘴出口喉道直径无量纲尺度与气液质量比的关系曲线确定喷嘴出口喉道尺寸的数值区间。采用上述进一步方案的有益效果是：通过对关键数据进行实验测量、计算、拟合、修正等，得到所述喷嘴出口两相射流韦伯数和喷嘴出口喉道直径实际取值与比值的关系曲线和所述喷嘴出口喉道直径实际取值与比值与气液质量比的关系曲线，为最终确定喷嘴出口喉道尺寸的数值区间提供依据。进一步，所述喷嘴出口喉道尺寸的数值区间的取值为：根据雾化粒度需求，喷嘴出口两相射流韦伯数不小于16500时，喷嘴出口喉道直径实际取值D与最大值Dmax的比值取值小于0.98。采用上述进一步方案的有益效果是：所述结果为拟合计算得到的数值范围，可以指导原有炼化生产，获得较好的炼化效果，同时减少能源消耗。本专利技术的另一面，提供一种确定炼化喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系的系统，包括模型推导模块、直径推算模块，参数测量模块、拟合计算模块；所述模型推导模块，用于确定炼化喷嘴内部的气体流动模型；所述直径推算模块，用于根据特定方程，获取超声速流下喷嘴出口喉道直径最大值Dmax；所述参数测量模块，用于获取原油催化裂化过程中的测量参数，包括喷嘴出口喉道直径D、蒸汽进气量、出口蒸汽速度、出口原油射流速度；所述拟合计算模块，用于根据测量参数拟合公式计算喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系。进一步，所述模型推导模块中气体流动模型为变截面一维等熵流动模型；所述模型推导模块还包括推导单元，用于通过一维定常流动欧拉运动方程、一维可压缩定常流动连续性方程、声速公式及马赫数推导出亚声速气流及超声速流在不同的管道中的压力与速度的关系。进一步，所述直径推算模块中喷嘴出口喉道满足拉伐尔喷嘴构型,所述特定方程为理想气体状态方程，通过声速公式及一维可压缩定常流动连续性方程计算推导出喷嘴出口喉道直径最大值Dmax的公式。进一步，所述拟合计算模块包括：第一计算单元，用于根据测量的出口蒸汽速度、出口原油射流速度和喷嘴出口喉道直径D，以及计算出的喷嘴出口喉道直径最大值Dmax，计算喷嘴出口两相射流韦伯数和出口喉道直径实际取值D与喷嘴出口喉道直径最大值Dmax的比值的关系，修正并绘制喷嘴出口两相射流韦伯数和喷嘴出口喉道直径实际取值与比值的关系曲线，并通过数据拟合得到喷嘴出口两相射流韦伯数计算式；第二计算单元，用于根据实验测量的经验参数，得到喷嘴出口喉道尺寸与蒸汽进气量公式；第三计算单元，用于基于所述喷嘴出口喉道尺寸与蒸汽进气量公式及测量参数计算并绘制喷嘴出口喉道直径无量纲尺度与气液质量比的关系曲线；第四计算单元，用于根据生产中的油品性质对雾化结果的要求、雾化蒸气量的配比要求，基于喷嘴出口两相射流韦伯数和喷嘴出口喉道直径实际取值D与喷嘴出口喉道直径最大值Dmax的比值的关系曲线和所述喷嘴出口喉道直径无量纲尺度与气液质量比的关系曲线确定喷嘴出口喉道尺寸的数值区间。进一步，所述喷嘴出口喉道尺寸的数值区间的取值为：根据雾化粒度需求，喷嘴出口两相射流韦伯数不小于16500时，喷嘴出口喉道直径实际取值D与最大值Dmax的比值取值小于0.98。附图说明图1为本专利技术确定炼化喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系的方法流程图；图2为本专利技术所述炼化喷嘴示意图；图3为本专利技术第一实施例喷嘴出口两相射流韦伯数和喷嘴出口喉道直径实际取值D与喷嘴出口喉道直径最大值Dmax的关系曲线图；图4为本专利技术第二实施例喷嘴出口喉道直径无量纲尺度与气液质量比的关系曲线图；图5为本专利技术确定炼化喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系的系统示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特本文档来自技高网...

【技术保护点】
确定炼化喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，确定炼化喷嘴内部的气体流动模型；步骤2，根据特定方程，获取超声速流下喷嘴出口喉道直径最大值Dmax；步骤3，获取原油催化裂化过程中的测量参数，包括喷嘴出口喉道直径D、蒸汽进气量、出口蒸汽速度、出口原油射流速度；步骤4，根据测量参数拟合公式计算喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系。

【技术特征摘要】
1.确定炼化喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，确定炼化喷嘴内部的气体流动模型；步骤2，根据特定方程，获取超声速流下喷嘴出口喉道直径最大值Dmax；步骤3，获取原油催化裂化过程中的测量参数，包括喷嘴出口喉道直径D、蒸汽进气量、出口蒸汽速度、出口原油射流速度；步骤4，根据测量参数拟合公式计算喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系。2.根据权利要求1所述确定炼化喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系的方法，其特征在于，所述步骤1中气体流动模型为变截面一维等熵流动模型，通过一维定常流动欧拉运动方程、一维可压缩定常流动连续性方程、声速公式及马赫数推导出亚声速气流及超声速流在不同的管道中的压力与速度的关系。3.根据权利要求2所述确定炼化喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系的方法，其特征在于，所述步骤2中喷嘴出口喉道满足拉伐尔喷嘴构型,所述特定方程为理想气体状态方程，通过声速公式及一维可压缩定常流动连续性方程计算推导出喷嘴出口喉道直径最大值Dmax的计算式。4.根据权利要求3所述确定炼化喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系的方法，其特征在于，所述步骤4的具体实现包括：步骤4.1，根据测量的出口蒸汽速度、出口原油射流速度和喷嘴出口喉道直径D，以及计算出的喷嘴出口喉道直径最大值Dmax，计算喷嘴出口两相射流韦伯数和出口喉道直径实际取值D与喷嘴出口喉道直径最大值Dmax的比值的关系，修正并绘制喷嘴出口两相射流韦伯数和喷嘴出口喉道直径实际取值与比值的关系曲线，并通过数据拟合得到喷嘴出口两相射流韦伯数计算式；步骤4.2，根据实验测量的经验参数，得到喷嘴出口喉道尺寸与蒸汽进气量公式；步骤4.3，基于所述喷嘴出口喉道尺寸与蒸汽进气量公式及测量参数计算并绘制喷嘴出口喉道直径无量纲尺度与气液质量比的关系曲线；步骤4.4，根据生产中的油品性质对雾化结果的要求、雾化蒸气量的配比要求，基于喷嘴出口两相射流韦伯数和喷嘴出口喉道直径实际取值D与喷嘴出口喉道直径最大值Dmax的比值的关系曲线和所述喷嘴出口喉道直径无量纲尺度与气液质量比的关系曲线确定喷嘴出口喉道尺寸的数值区间。5.根据权利要求4所述确定炼化喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系的方法，其特征在于，所述喷嘴出口喉道尺寸的数值区间的取值为：根据雾化粒度需求，喷嘴出口两相射流韦伯数不小于16500时，喷嘴出口喉道直径实际取值D与最大值Dmax的比值取值小于0.98。6.确定炼化喷嘴喉道尺寸与气液速度差关系的系统，其特征在于，包括模型推导模块、直径推...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏延鹏，谭克勤，
申请(专利权)人：烟台科力博睿地震防护科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37