基于数值模拟的加氢装置高压空冷系统注水调节方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于数值模拟的加氢装置高压空冷系统注水调节方法，对多相流介质在空冷器入口管线中的流动特征展开数值模拟分析，得到空冷器入口管线的各出口处的介质流速；根据空冷器入口管线的各出口处的介质流速，统计每台空冷器的进口流量；根据每台空冷器的进口流量，考察加氢装置高压空冷系统的总体偏流程度，以判断是否需要调整注水量；若需要调整注水量，则根据每台空冷器的进口流量，分别考察每台空冷器的偏流程度，以分别判断各台空冷器是否需要调整注水量，并对经判断后需要调整注水量的空冷器进行注水量调整。本发明专利技术能够使得介质由空冷器入口管线进入空冷器前的流场分布趋于均衡及合理。

Water injection regulation method of high pressure air cooling system in hydrogenation unit based on numerical simulation

【技术实现步骤摘要】
基于数值模拟的加氢装置高压空冷系统注水调节方法
本专利技术涉及加氢装置高压空冷系统的注水调节
，尤其是基于数值模拟的加氢装置高压空冷系统注水调节方法。
技术介绍
随着炼油装置中加氢改质等二次加工装置的规模日益扩大，由于原料油劣质化所导致的腐蚀问题也日益凸显。加氢装置高压空冷系统因为服役条件极端，易发生铵盐沉积而导致流动性腐蚀。目前国内大部分石化企业采用注水的方式来缓解铵盐腐蚀风险，取得了一定的效果。然而，传统的注水方式存在如下缺陷：(1)由于装置中PID监测系统的灵敏度有限，只能在主要设备及管线上进行流量、压力及温度的检测，无法精确地针对每台设备和每个支管进行检测，使得注水总量难以控制，且注水点选择缺乏针对性；(2)注水实施存在滞后性，无法及时在介质显著偏流或铵盐大量沉积导致流量明显波动时进行调节，不能有效应对突发的设备、管道的非正常运行工况。根据现有研究成果，加氢装置高压空冷系统的铵盐流动性腐蚀属于系统性问题。一方面，空冷设备上游的空冷器入口管线的流动特征对相关设备内部的介质流场具有较大影响，由于管线排布结构通常为一条主管段和若干个支管段出口，且管线进口处介质流动特征参数较高，上游管线中的介质流速在进入空冷器之前可能存在高低起伏，使得介质流量在进入空冷器前出现显著差异即偏流，从而使得空冷器内部的介质流速也会产生较大波动；流速较低的设备则铵盐腐蚀风险更高，流速较高设备则易发生冲刷腐蚀。另一方面，设备内部存在的铵盐沉积等流动腐蚀前兆也会对管线中的流动特性产生显著影响。因此，提出更新且更有效的注水工艺使介质由管线进入设备前的流场分布趋于均衡及合理是研究人员努力的方向。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供基于数值模拟的加氢装置高压空冷系统注水调节方法，使得介质由空冷器入口管线进入各台空冷器前的流场分布趋于均衡及合理，提高极端工况下加氢装置高压空冷系统服役的适应性，保证装置加氢装置高压空冷系统的长周期安全运行。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，包括：基于数值模拟的加氢装置高压空冷系统注水调节方法，包括以下步骤：S1，对多相流介质在空冷器入口管线中的流动特征展开数值模拟分析，得到空冷器入口管线的各出口处的介质流速；S2，根据数值模拟分析结果即空冷器入口管线的各出口处的介质流速，统计每台空冷器的进口流量ql，l＝1,2,3,…,N；其中，q表示进口流量，下标l表示空冷器的编号，ql表示第l台空冷器的进口流量，N表示加氢装置高压空冷系统中的空冷器总数量；S3，根据每台空冷器的进口流量ql，考察加氢装置高压空冷系统中的N台空冷器的总体偏流程度，以判断是否需要调整注水量；S4，若经步骤S3判断后需要调整注水量，则根据每台空冷器的进口流量ql，分别考察每台空冷器的偏流程度，以分别判断各台空冷器是否需要调整注水量，并对经判断后需要调整注水量的空冷器进行注水量调整。步骤S1中，所述数值模拟分析包括以下步骤：S11，建立空冷器入口管线的几何模型，并进行网格划分；S12，根据空冷器入口管线中的介质组成选取三相流模型，主要相为气相，次要相为液态水、液态油；S13，根据工艺模拟或企业的DSC数据分别确定三相介质的物性参数，此三相介质的物性参数均为密度、比热、粘度；确定空冷器入口管线的进口边界条件和出口边界条件；其中，空冷器入口管线的进口边界条件根据工艺模拟或企业DCS数据确定，包括各相介质的流量、组分、注水流量、压力、温度；空冷器入口管线的出口边界条件设置为默认参数；S14，建立空冷器入口管线中介质流动特征的解算模型；S15，根据空冷器入口管线的边界条件和各相介质的物性参数，并基于介质流动特征的解算模型，分析空冷器入口管线的各出口处的介质流动特征，得到空冷器入口管线的各出口处的介质流速。步骤S14中，利用k-ε湍流模型对湍流进行数值模拟分析，建立空冷器入口管线中介质流动特征的解算模型；其中，当达到湍流水平时，解算模型为：湍流动能k的方程为：湍流耗散率ε的方程为：上述方程中，ρ表示介质密度；u表示流场的速度；下角标i、j分别表示两个不同的方向；xi表示在i方向的坐标，xj表示在j方向的坐标；ui表示流场沿i方向的速度，uj表示流场沿j方向的速度；k表示湍流动能；ε表示湍流耗散率；σk表示湍流动能k的方程的湍流普朗特数；σε表示湍流耗散率ε的方程的湍流普朗特数；下角标t表示切向；μt表示引入脉动速度后产生的粘度，即湍流粘度；Gk表示由层流速度梯度产生的湍流动能；Gb表示由浮力产生的湍流动能；YM表示在可压缩湍流中过渡扩散产生的波动；C1ε、C2ε、C3ε均表示湍流耗散率ε的方程的常系数；Sk表示湍流动能k的方程的推出项；Sε表示湍流耗散率ε的方程的耗散项。根据空冷器入口管线的进口处的截面内径和介质流量，确定介质雷诺数Re，Re＝U·L/μ；并根据介质雷诺数Re判断是否达到湍流水平，即是否存在湍流；其中，μ表示介质运动粘度，即粘度系数；L为管线的截面内径；U为空冷器入口管线的进口处的平均进口流速，根据流体力学中的流量计算公式，将进口处的介质流量除以进口处的截面面积和介质密度即可得到进口处的平均进口流速；空冷器入口管线的进口处的介质流量由进口处所设置的仪表监测得到。步骤S2中，每台空冷器的进口流量ql的计算方式如下所示：空冷器入口管线的各出口处的介质流速为uk，k＝1,2,3,…,M；其中，u表示介质流速，下标k表示出口的编号，uk表示第k个出口处的介质流速，M表示空冷器入口管线的出口的总数量，M＝2N；空冷器入口管线的M个出口中，每相邻的两个出口连接一台空冷器，即，第1个出口和第2个出口连接第1台空冷器，第3个出口和第4个出口连接第2台空冷器，……，第M-1个出口和第M个出口连接第N台空冷器；根据流体力学中的流量计算公式，分别对各出口处的介质流速uk在对应的出口截面上求取积分，求得各出口处的积分为其中，表示第k个出口处的介质流速uk在对应的出口截面上的积分，该积分即表示第k个出口处的流量，S表示出口的截面面积，为第k个出口的截面面积的向量表示，ρ表示介质密度，为第k个出口处的介质流速的向量表示；第l台空冷器的进口流量ql为：与该第l台空冷器相连接的两个出口处的介质流速在对应的出口截面上的积分的和，即与该第l台空冷器相连接的两个出口处的流量之和。步骤S3中，加氢装置高压空冷系统中的共N台空冷器的总体偏流程度的考察方式如下所示：若|Q1～N/2-QN/2～N|≤α·Q1～N/2，则不需要调整注水量；其中，Q1～N/2＝q1+q2+q3+…+qN/2，Q1～N/2表示加氢装置高压空冷系统中的前一半空冷器即前N/2台空冷器的进口流量之和；QN/2～N表示加氢装置高压空冷系统中的后一半空冷器即后N/2台空冷器的进口流量之和；若|Q1～N/2-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于数值模拟的加氢装置高压空冷系统注水调节方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，对多相流介质在空冷器入口管线中的流动特征展开数值模拟分析，得到空冷器入口管线的各出口处的介质流速；/nS2，根据数值模拟分析结果即空冷器入口管线的各出口处的介质流速，统计每台空冷器的进口流量q

【技术特征摘要】
1.基于数值模拟的加氢装置高压空冷系统注水调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，对多相流介质在空冷器入口管线中的流动特征展开数值模拟分析，得到空冷器入口管线的各出口处的介质流速；
S2，根据数值模拟分析结果即空冷器入口管线的各出口处的介质流速，统计每台空冷器的进口流量ql，l＝1,2,3,…,N；其中，q表示进口流量，下标l表示空冷器的编号，ql表示第l台空冷器的进口流量，N表示加氢装置高压空冷系统中的空冷器总数量；
S3，根据每台空冷器的进口流量ql，考察加氢装置高压空冷系统中的N台空冷器的总体偏流程度，以判断是否需要调整注水量；
S4，若经步骤S3判断后需要调整注水量，则根据每台空冷器的进口流量ql，分别考察每台空冷器的偏流程度，以分别判断各台空冷器是否需要调整注水量，并对经判断后需要调整注水量的空冷器进行注水量调整。


2.根据权利要求1所述的基于数值模拟的加氢装置高压空冷系统注水调节方法，其特征在于，步骤S1中，所述数值模拟分析包括以下步骤：
S11，建立空冷器入口管线的几何模型，并进行网格划分；
S12，根据空冷器入口管线中的介质组成选取三相流模型，主要相为气相，次要相为液态水、液态油；
S13，根据工艺模拟或企业的DSC数据分别确定三相介质的物性参数，此三相介质的物性参数均为密度、比热、粘度；
确定空冷器入口管线的进口边界条件和出口边界条件；其中，空冷器入口管线的进口边界条件根据工艺模拟或企业DCS数据确定，包括各相介质的流量、组分、注水流量、压力、温度；空冷器入口管线的出口边界条件设置为默认参数；
S14，建立空冷器入口管线中介质流动特征的解算模型；
S15，根据空冷器入口管线的边界条件和各相介质的物性参数，并基于介质流动特征的解算模型，分析空冷器入口管线的各出口处的介质流动特征，得到空冷器入口管线的各出口处的介质流速。


3.根据权利要求2所述的基于数值模拟的加氢装置高压空冷系统注水调节方法，其特征在于，步骤S14中，利用k-ε湍流模型对湍流进行数值模拟分析，建立空冷器入口管线中介质流动特征的解算模型；其中，当达到湍流水平时，解算模型为：
湍流动能k的方程为：



湍流耗散率ε的方程为：



上述方程中，ρ表示介质密度；u表示流场的速度；
下角标i、j分别表示两个不同的方向；xi表示在i方向的坐标，xj表示在j方向的坐标；ui表示流场沿i方向的速度，uj表示流场沿j方向的速度；
k表示湍流动能；ε表示湍流耗散率；
σk表示湍流动能k的方程的湍流普朗特数；σε表示湍流耗散率ε的方程的湍流普朗特数；
下角标t表示切向；μt表示引入脉动速度后产生的粘度，即湍流粘度；
Gk表示由层流速度梯度产生的湍流动能；Gb表示由浮力产生的湍流动能；YM表示在可压缩湍流中过渡扩散产生的波动；
C1ε、C2ε、C3ε均表示湍流耗散率ε的方程的常系数；
Sk表示湍流动能k的方程的推出项；Sε表示湍流耗散率ε的方程的耗散项。


4.根据权利要求3所述的基于数值模拟的加氢装置高压空冷系统注水调节方法，其特征在于，根据空冷器入口管线的进口处的截面内径和介质流量，确定介质雷诺数Re，Re＝U·L/μ；并根据介质雷诺数Re判断是否达到湍流水平，即是否存在湍流；
其中，μ表示介...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炜，陈学东，艾志斌，范志超，余进，任日菊，
申请(专利权)人：合肥通用机械研究院有限公司，合肥通用机械研究院特种设备检验站有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34