Cl鹽結(jié)晶速率的預測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及管道或管束類設(shè)備易結(jié)晶組分在多相流體系中的結(jié)晶速率預測方法， 具體地說是設(shè)及一種加氨反應(yīng)流出物多相流N也C1鹽結(jié)晶速率的預測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國原油資源緊缺，近年來隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對各類油品的需求量日益增加，國內(nèi) 原油進口量已超過70%，進口的原油類型W高硫、高氮、高酸、含氯等腐蝕性極強的劣質(zhì)原 油為主。自20世紀90年代中期開始，中國石化、中國石油、中國海油等下屬多家石化企業(yè)紛 紛開展了針對劣質(zhì)原油煉制的擴能改造。此后，加氨反應(yīng)流出物換熱器、空冷器及相聯(lián)管道 普遍出現(xiàn)了 N也C1和N也HS鹽的結(jié)晶沉積堵管、錠鹽結(jié)晶吸濕潮解引起管束內(nèi)壁的垢下腐蝕 泄漏穿孔等諸多流動腐蝕失效事故，釀成了多起火災、爆炸等重大安全事故，不僅造成了非 常慘重的經(jīng)濟損失，而且社會負面影響極大。
[0003] N也C1、N也HS鹽結(jié)晶、沉積后產(chǎn)生的管道或換熱管束類設(shè)備堵塞、垢下腐蝕，是我國 許多石化企業(yè)煉制劣質(zhì)原油過程中高風險設(shè)備普遍出現(xiàn)的最典型流動腐蝕失效形式，具有 明顯的局部性、突發(fā)性與風險性特點，是制約劣質(zhì)原油煉制關(guān)鍵裝置長周期安全運行的重 要因素。特別是2013年5月份，受勝利油田高有機氯原油加工的影響，揚子石化、金陵石化、 長嶺石化等十多家煉化企業(yè)的加氨精制系統(tǒng)接連發(fā)生了換熱器、空冷器錠鹽堵塞、管束泄 漏事故，嚴重影響了企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益。因此，如何定量的計算和預測N化C1和 N也HS錠鹽的結(jié)晶溫度和結(jié)晶速率，并在此基礎(chǔ)上進行多相流錠鹽結(jié)晶沉積的主動性防控 一直是學術(shù)界及工程界關(guān)注的焦點問題之一。目前，現(xiàn)有關(guān)于錠鹽結(jié)晶的研究多集中在建 立簡化熱力學模型的基礎(chǔ)上，估算錠鹽的結(jié)晶溫度，無法做到錠鹽結(jié)晶速率的準確預測，更 無法定量研究錠鹽的垢下腐蝕特性，W及垢下腐蝕后管束類設(shè)備的流動腐蝕失效風險。鑒 于劣質(zhì)原油煉制過程中，煉化系統(tǒng)具備介質(zhì)組成復雜、原油煉制品種及運行工況多變的特 點，錠鹽的結(jié)晶沉積過程與多相流動過程中的流動場、溫度場、濃度場密切相關(guān)，屬于多物 理場禪合作用的結(jié)果。因此，現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明存在的局限性主要在于:無法建立科學的錠鹽結(jié) 晶反應(yīng)的動力學計算模型，難W實現(xiàn)多相流體系中錠鹽結(jié)晶溫度、結(jié)晶位置及結(jié)晶速率的 定量預測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為準確把握加氨反應(yīng)流出物換熱器、空冷器及相聯(lián)管道內(nèi)N也C1鹽的結(jié)晶速率，本 發(fā)明的目的在于提供一種加氨反應(yīng)流出物多相流N也C1鹽結(jié)晶速率的預測方法，滿足兩個 方面的功能，一是建立多相流體系N也C1鹽的結(jié)晶平衡曲線，判定N也C1鹽初始結(jié)晶的溫度， 為洗涂N也C1鹽的工藝注水點位置選擇提供決策依據(jù);二是提出了 N也C1鹽結(jié)晶速率的預測 方法，適用于判定某個溫度點或溫度段內(nèi)N也C1鹽的結(jié)晶速率，為洗涂N也C1鹽的工藝注水量 控制提供依據(jù)，降低或消除N也C1鹽結(jié)晶沉積堵塞管道或管束的風險。
[0005] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種加氨反應(yīng)流出物多相流NH4C1鹽結(jié)晶速率的預測方法，包括多相流NH4C1鹽結(jié) 晶平衡曲線的繪制方法和NH4C1鹽結(jié)晶速率的預測方法；
[0007] 1)多相流NH4C1鹽結(jié)晶平衡曲線的繪制方法，包括如下步驟：
[000引步驟1.1)根據(jù)加氨反應(yīng)流出物的多相流動過程，建立N出與肥1反應(yīng)生成馳C1鹽的 相態(tài)平衡模型，確定多相流體系NH4C1鹽反應(yīng)過程的吉布斯函數(shù)；
[0009] 步驟1.2)根據(jù)加氨反應(yīng)流出物的多相流動過程，進行NH4C1鹽的結(jié)晶反應(yīng)熱力學 建模，當反應(yīng)溫度達到平衡時，令吉布斯函數(shù)一端等于零，獲得氣相中N曲與HC1分壓的乘積 隨溫度變化的函數(shù)關(guān)系，即：
[0010]
[00川式中：Τ為多相流介質(zhì)溫度，R為普適氣體恒量，取值0.008314;
[0012]步驟1.3)根據(jù)步驟1.2)，確定加氨反應(yīng)流出物多相流的工藝溫度范圍[Τι，Τ2]，確 定該工藝溫度范圍內(nèi)多相流氣相分壓的乘積ΚκΗ,α隨溫度變化的規(guī)律，建立橫坐標為溫度， 縱坐標為的函數(shù)曲線，函數(shù)曲線上方的區(qū)域為結(jié)晶區(qū)域，函數(shù)曲線下方的區(qū)域為非結(jié) 晶區(qū)域；
[OOK] 2)NH4C1鹽結(jié)晶速率的預測方法，包括如下步驟：
[0014] 步驟2.1)加氨反應(yīng)流出物多相流溫度呈持續(xù)性的降低，當反應(yīng)流出物溫度降低至 NH4C1鹽的結(jié)晶溫度W下時，NH4C1鹽的結(jié)晶反應(yīng)經(jīng)歷一個接近平衡的持續(xù)過程，多相流溫度 降低過程中，降低的溫度值I T1-T21劃分為η個Δ T;
[0015] 步驟2.2)假設(shè)溫度值每降低一個ΔΤ，氣相中的對應(yīng)的實際計算值位于 K她在1函數(shù)曲線上方，錠鹽開始結(jié)晶；
[0016] 步驟2.3)在溫度降低第1個ΔΤ后，隨著步驟2.2)的進行，NH4C1鹽結(jié)晶反應(yīng)始終朝 著反應(yīng)正方向進行，隨著NH4C1鹽結(jié)晶量的增加，氣相中NH3、HC1的分壓逐漸降低，導致 Kwh,C1對應(yīng)的實際計算值逐漸恢復至函數(shù)曲線上，完成一次多相流NH4C1鹽的結(jié)晶過程；
[0017] 步驟2.4)在溫度降低第2個AT后，重復步驟2.2)氣相中的Kmh,c:i對應(yīng)的實際計算 值再次位于Knh,ci函數(shù)曲線上方，N化C1鹽再次開始結(jié)晶，此后，重復步驟2.3)，氣相中的 N也、HC1的分壓逐漸降低，導致Knh,ci對應(yīng)的實際計算值再次逐漸恢復至函數(shù)曲線上，完成 又一次多相流NH4C1鹽的結(jié)晶過程；
[0018] 步驟2.5)類似地，在溫度降低第η個ΔΤ后，重復步驟2.2)、步驟2.3)和步驟2.4) 后，多相流完成η次NH4CI鹽的結(jié)晶過程；
[0019] 步驟2.6)當AT趨近于無窮小時，在一次馳C1鹽的結(jié)晶過程中，從對應(yīng)的實 際計算值逐漸降低至函數(shù)曲線上所減少的N出或肥1的量，即為對應(yīng)橫坐標溫度點的畑此1鹽 結(jié)晶速率；
[0020] 步驟2.7)在多相流溫度從Τι降低至T2時，重復η次AT的降溫結(jié)晶過程，總的畑此1 鹽結(jié)晶量m表示為各個溫度步長ΔΤ內(nèi)NH4C1鹽結(jié)晶量之和，在單位時間內(nèi)，對應(yīng)不同溫度的 NH4C1鹽結(jié)晶速率Δ R表示為；
[0023] 式中：Po表示多相流混合壓力，W表示氣相的總摩爾數(shù)，巧w,表示N出的氣相分壓， Phci表示HC1的氣相分壓，T為多相流介質(zhì)溫度，Κι為與多相流介質(zhì)溫度T相關(guān)的函數(shù)，R為普 適氣體恒量，取值0.008314。
[0024] 所述多相流為油、氣、水、畑3、肥巧日畑此1組成的混合介質(zhì)。
[0025] 本發(fā)明具有的有益效果是：
[0026] 發(fā)明了一種加氨反應(yīng)流出物多相流NH4C1鹽結(jié)晶速率的預測方法，繪制了 NH4C1鹽 的結(jié)晶平衡曲線，可用于多相流環(huán)境下NH4C1鹽初始結(jié)晶溫度的判定;提出了一種NH4C1鹽結(jié) 晶速率的預測模型，可用于預測多相流環(huán)境下某個溫度對應(yīng)的NH4C1鹽結(jié)晶速率，可為NH4C1 鹽的工藝洗涂注水點位置選擇及注水量設(shè)定提供依據(jù)，降低NH4C1鹽結(jié)晶堵塞管道或管束 的風險。
【附圖說明】
[0027] 圖1是氣相中畑3與肥1分壓的乘積隨溫度變化的函數(shù)關(guān)系圖。
[0028] 圖2是對應(yīng)不同氯質(zhì)量分數(shù)時的NH4C1鹽結(jié)晶速率。
【具體實施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0030] 加氨反應(yīng)流出物多相流NH4C1鹽結(jié)晶速率的預測方法，包括兩部分，一部分是多相 流NH4C1鹽結(jié)晶平衡曲線的繪制方法，另一部分是NH4C1鹽結(jié)晶速率的預測方法。
[0031] 1、多相流NH4C1鹽結(jié)晶平衡曲線的繪制方法包括下列步驟：
[0032] 步驟1.1)根據(jù)加氨反應(yīng)流出物的多相流動過程，首先建立氣相中的N出與HC1反應(yīng) 生成畑此1鹽的相態(tài)平衡模型，即：畑3(g)+HCl (g)一畑此1 (S)，括號中的g表示氣相gas，S表 示固相so 1 i d。此時多相流的相態(tài)平衡模型中包含油、氣、水、畑3、肥巧日畑此1組成的混合介 質(zhì)。然后再確定多相流體系NH4C1鹽反應(yīng)過程的吉布斯函數(shù)Δ G，即：
[00 削
（1)
[0034]式（1)中T表示多相流介質(zhì)的溫度，R表示普適氣體恒量，取值0.008314, Κ^/;ι表 示氣相中畑3與HC1分壓的乘積，表示為：
[003引
（玉）
[0036] 式(2)中Ρν&表不氣相中畑3的分壓，扣C1表不氣相中肥1的分壓。
[0037] 步驟1.2)基于加氨反應(yīng)流出物的多相流動過程，根據(jù)Ν出與肥1反應(yīng)生成NH4C1的結(jié) 晶反應(yīng)，進行結(jié)晶反應(yīng)熱力學建模，當反應(yīng)溫度達到平衡時，令吉布斯函數(shù)的左端A G = 0， 獲得氣相中畑3與肥1分壓的乘積Kn&cI隨溫度變化的函數(shù)關(guān)系，即：
[00：3 引
（3)
[0039] 步驟1.3)對于加氨反應(yīng)流出物多相流的工藝溫度范圍，例如從溫度Τι降低到T2,表 示為溫度區(qū)間化，Τ2]，其溫度差為入=ΙΤ1-Τ2Ι，在該溫度范圍內(nèi)繪制多相流氣相中Ν出與肥1 分壓的乘積Κνη,ο隨溫度變化的規(guī)律，建立W橫坐標為溫度，縱坐標為Kwh,C1的函數(shù)曲線 圖。
[0040] 如圖1所示，表示氣相中N也與HC1分壓的乘積反麗斟隨溫度變化的函數(shù)曲線圖，是 根據(jù)步驟1.3)繪制而得出的，其中對應(yīng)的工藝溫度范圍為[210°c，7(rc]，在該溫度范圍內(nèi) 繪制的曲線即為畑此1鹽的相態(tài)平衡曲線，函數(shù)曲線上方的區(qū)域