外部熱量輸入導(dǎo)致容器內(nèi)氣體膨脹的模擬方法
【專(zhuān)利摘要】一種外部恒定熱量輸入導(dǎo)致容器內(nèi)氣體熱膨脹工況的模擬方法，采用AspenHYSYS流程模擬軟件結(jié)合繪圖的方法繪制出泄放量隨時(shí)間的變化曲線，從而得到峰值。其特點(diǎn)在于：利用AspenHysys靜態(tài)軟件模擬安全閥泄放動(dòng)態(tài)過(guò)程，通過(guò)建立泄放量與時(shí)間的模型從而得到峰值，提出了氣體熱膨脹工況新的計(jì)算方法。此方法同樣適用于復(fù)雜物壓力容器安全閥泄放過(guò)程，對(duì)于容器內(nèi)的蒸汽和液體組成是變化的，溫度和潛熱值也是變化的，蒸汽的泄放的最大量不僅取決于吸熱率，也取決于容器內(nèi)各組分的實(shí)際組成。
【專(zhuān)利說(shuō)明】外部熱量輸入導(dǎo)致容器內(nèi)氣體膨脹的模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明針對(duì)外部恒定熱量輸入導(dǎo)致容器內(nèi)氣體熱膨脹這一工況，提出了其泄放量的計(jì)算方法。主要用于石油化工裝置安全閥的設(shè)計(jì)中，確定泄放量的大小。還適用于含復(fù)雜物系(液體混合物、氣體混合物)設(shè)備在火災(zāi)工況下的泄放量計(jì)算。
【背景技術(shù)】
[0002]防止超壓，安全閥在現(xiàn)代石油化工裝置中被廣泛的應(yīng)用。引起超壓的常見(jiàn)因素有:出口堵塞、冷卻水中斷、外部火災(zāi)、液體膨脹、自控閥門(mén)失靈、換熱管斷裂等原因。當(dāng)電加熱器加熱氣體在進(jìn)出口堵塞的情況下，內(nèi)部電加熱元件繼續(xù)加熱設(shè)備內(nèi)的氣體，從而引起設(shè)備壓力持續(xù)升高，進(jìn)而損壞設(shè)備。為了保護(hù)設(shè)備，在系統(tǒng)上設(shè)置安全閥，選擇安全閥時(shí)，最關(guān)鍵的是計(jì)算出該工況下的泄放量。針對(duì)由于外部工藝恒定熱量輸入引起的氣體熱膨脹工況的泄放量，目前還沒(méi)有很好的模擬計(jì)算方法。
[0003]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種外部恒定熱量輸入導(dǎo)致容器內(nèi)氣體熱膨脹工況的模擬方法，其特征在于:利用Aspen Hysys靜態(tài)模擬軟件，將容器內(nèi)靜態(tài)的氣體體積大小等效為氣體的流量大小，將外部熱量輸入值等效為熱功率，也就是在HYSYS模擬中時(shí)間單位在輸入和輸出的結(jié)果中將被忽略；然后進(jìn)行以下步驟:
1)將氣體的組成和操作溫度、壓力輸入到HSYSY的物流I中，然后計(jì)算出受熱容器內(nèi)氣體的體積，將其數(shù)值等效看作物流I的體積流量并輸入；
2)把受熱容器內(nèi)氣體加熱到安全閥設(shè)定壓力(物流2)下，過(guò)程中所需要的熱量Ql由HYSYS模擬完成；
3)把受熱容器內(nèi)氣體加熱到安全閥泄放壓力(物流3)下，過(guò)程中所需要的熱量Q2由HYSYS模擬完成；
4)到達(dá)泄放壓力后，進(jìn)一步的熱量輸入將導(dǎo)致安全閥的泄放，熱量的輸入值為外部恒定功率熱量值與固定時(shí)間間隔(t)的乘積，將乘積值Q3手動(dòng)輸入到HSYSY中，在此固定時(shí)間間隔中的泄放量等于物流4與物流5流量的差值，物流5要返回受熱容器內(nèi)，來(lái)保證受熱容器內(nèi)物流體積恒定，從而得到了 t時(shí)間間隔內(nèi)的泄放量(物流6的體積)；
5)重復(fù)步驟4，得到η個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的泄放量，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以泄放量為縱坐標(biāo)作圖，得到峰值點(diǎn)。
[0004]此方法同樣適用于液體混合物、氣體混合物的壓力容器安全閥泄放過(guò)程，對(duì)于容器內(nèi)的蒸汽和液體組成是變化的，溫度和潛熱值也是變化的，蒸汽的泄放的最大量不僅取決于吸熱率，也取決于容器內(nèi)各組分的實(shí)際組成。本設(shè)計(jì)計(jì)算方法，采用Aspen HYSYS流程模擬軟件結(jié)合繪圖的方法繪制出泄放量隨時(shí)間的變化曲線，從而得到峰值。
[0005]本發(fā)明其特點(diǎn)在于:利用Aspen Hysys靜態(tài)軟件模擬安全閥泄放動(dòng)態(tài)過(guò)程,通過(guò)建立泄放量與時(shí)間的模型從而得到峰值，提出了氣體熱膨脹工況新的計(jì)算方法，簡(jiǎn)單實(shí)用，滿足了工程設(shè)計(jì)的需要?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是發(fā)明實(shí)例所采用的HYSYS軟件模擬流程圖；
圖2是利用本明發(fā)得到的時(shí)間與泄放量的關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0007]參見(jiàn)圖1和圖2，本發(fā)明依據(jù)的原理是=HYSYS是一個(gè)流程模擬，利用靜態(tài)過(guò)程把容器內(nèi)的氣體體積大小等效的為氣體的流量大小(即I m3大小的物流體積等效為物流體積流量I m3/h)，外部熱量輸入值等效為熱功率(即熱量I kj等效為功率lkj/h)，也就是在HYSYS模擬中時(shí)間單位在輸入和輸出的結(jié)果中將被忽略。
[0008]氣體的受熱膨脹將用HYSYS以下列步驟進(jìn)行模擬(參見(jiàn)圖1): I號(hào)物流(即標(biāo)記1，下同)代表一定容積的容器內(nèi)氣體在操作工況下的狀態(tài)，2號(hào)物流代表經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，熱量Ql吸入后，容器內(nèi)氣體在安全閥開(kāi)啟時(shí)的狀態(tài)，3號(hào)物流代表經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，熱量Q2吸入后，容器內(nèi)氣體在安全閥完全開(kāi)啟時(shí)的狀態(tài)，物流4代表吸入熱量Q3后，容器內(nèi)氣體和安全閥泄放氣體的總量，物流5代表吸入熱量Q3后，容器內(nèi)氣體的總量，物流6代表吸入熱量Q3后，安全閥泄放氣體的總量，物流7代表吸入熱量Q3并泄放出物流6后，容器內(nèi)的液體狀態(tài)，以后重復(fù)上述步驟。詳細(xì)說(shuō)明如下:
1)將氣體的組成和操作溫度、壓力輸入到HSYSY的物流I中，然后計(jì)算出受熱容器內(nèi)氣體的體積，將其數(shù)值等效看作物流I的體積流量并輸入；
2)把受熱容器內(nèi)氣體加熱到安全閥設(shè)定壓力(物流2)下，過(guò)程中所需要的熱量Ql由HYSYS模擬完成；
3)把受熱容器內(nèi)氣體加熱到安全閥泄放壓力(物流3)下，過(guò)程中所需要的熱量Q2由HYSYS模擬完成；
4)到達(dá)泄放壓力后，進(jìn)一步的熱量輸入將導(dǎo)致安全閥的泄放，熱量的輸入值為外部恒定功率熱量值與固定時(shí)間間隔(t)的乘積，將乘積值Q3手動(dòng)輸入到HSYSY中，在此固定時(shí)間間隔中的泄放量等于物流4與物流5流量的差值，物流5要返回受熱容器內(nèi)，來(lái)保證受熱容器內(nèi)物流體積恒定，從而得到了 t時(shí)間間隔內(nèi)的泄放量(物流6的體積)。
[0009]5)重復(fù)步驟4，得到8個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的泄放量A1-A8，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以泄放量為縱坐標(biāo)作圖，得到峰值點(diǎn)A7 (即最大泄放量，如圖2所示)。
[0010]具體模擬過(guò)程(此部分內(nèi)容是一個(gè)模擬過(guò)程舉例，通過(guò)實(shí)例并按照上面的五個(gè)步驟操作，就能得到結(jié)果):
1、工藝條件和流程:
工藝條件:氣體組成100% CH4，容器尺寸ID 273mm x 3000mm (T/T),氣體正常操作溫度42°C，氣體正常操作壓力10450kPag，安全閥設(shè)定壓力為17500kPag，安全閥泄放壓力為19250kPag,電加熱器功率為300kW。
[0011]2、流程模擬:
利用Aspen Hysys流程模擬軟件建立工藝流程過(guò)程中，選擇PR狀態(tài)方程，輸入物流組成，搭建流程圖。
[0012]3、結(jié)果與討論:
利用Excel作圖工具得到時(shí)間與泄放量的關(guān)系曲線(圖2)，從曲線中得到泄放量的峰值點(diǎn)作為安全閥的泄放量。
[0013]通過(guò)建立HYSYS模擬，分析了外部恒定功率熱量輸入導(dǎo)致容器內(nèi)氣體熱膨脹工況下的泄放工況。
[0014]此模擬假設(shè)在安全閥達(dá)到泄放壓力之前沒(méi)有流體泄放，與真實(shí)情況稍有不同。
[0015]此方法同樣適用于復(fù)雜物(液體混合物、氣體混合物)壓力容器安全閥泄放過(guò)程。對(duì)于容器內(nèi)的蒸汽和液體組成是變化的，溫度和潛熱值也是變化的，蒸汽的泄放的最大量不僅取決于吸熱率，也取決于容器內(nèi)各組分的實(shí)際組成。
【權(quán)利要求】
1.一種外部恒定熱量輸入導(dǎo)致容器內(nèi)氣體熱膨脹工況的模擬方法，其特征在于:利用Aspen Hysys靜態(tài)模擬軟件,將容器內(nèi)靜態(tài)的氣體體積大小等效為氣體的流量大小,將外部熱量輸入值等效為熱功率，也就是在HYSYS模擬中時(shí)間單位在輸入和輸出的結(jié)果中將被忽略；然后進(jìn)行以下步驟: 1)將氣體的組成和操作溫度、壓力輸入到HSYSY的物流I中，然后計(jì)算出受熱容器內(nèi)氣體的體積，將其數(shù)值等效看作物流I的體積流量并輸入； 2)把受熱容器內(nèi)氣體加熱到安全閥設(shè)定壓力(物流2)下，過(guò)程中所需要的熱量Ql由HYSYS模擬完成； 3)把受熱容器內(nèi)氣體加熱到安全閥泄放壓力(物流3)下，過(guò)程中所需要的熱量Q2由HYSYS模擬完成； 4)到達(dá)泄放壓力后，進(jìn)一步的熱量輸入將導(dǎo)致安全閥的泄放，熱量的輸入值為外部恒定功率熱量值與固定時(shí)間間隔(t)的乘積，將乘積值Q3手動(dòng)輸入到HSYSY中，在此固定時(shí)間間隔中的泄放量等于物流4與物流5流量的差值，物流5要返回受熱容器內(nèi)，來(lái)保證受熱容器內(nèi)物流體積恒定，從而得到了 t時(shí)間間隔內(nèi)的泄放量(物流6的體積)； 5)重復(fù)步驟4，得到η個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的泄放量，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以泄放量為縱坐標(biāo)作圖，得到峰值點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部恒定熱量輸入導(dǎo)致容器內(nèi)氣體熱膨脹工況的模 擬方法，其特征在于:此方法同樣適用于液體混合物、氣體混合物的壓力容器安全閥泄放過(guò)程，對(duì)于容器內(nèi)的蒸汽和液體組成是變化的，溫度和潛熱值也是變化的，蒸汽的泄放的最大量不僅取決于吸熱率，也取決于容器內(nèi)各組分的實(shí)際組成。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103853875SQ201310677964
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】趙寶柱, 張斐 申請(qǐng)人:森松(江蘇)海油工程裝備有限公司