一種加氫空冷器系統(tǒng)pH值的軟測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油化工領(lǐng)域，具體的說(shuō)是涉及一種加氫空冷器系統(tǒng)pH值的軟測(cè)量 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以原油煉制為前端的石油化工行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。在石油化工行業(yè) 中，加氫裂化是煉油廠中重要的二次加工手段，而加氫空冷器（Reactor Effluent Air Coolers，簡(jiǎn)稱REAC)系統(tǒng)是加氫裂化裝置中的重要設(shè)備之一。近年來(lái)，隨著原油劣質(zhì)化的 影響，加氫空氣冷卻器系統(tǒng)腐蝕問(wèn)題愈發(fā)突出，反應(yīng)流出物中的高硫、高氮、高酸、高氯等腐 蝕性介質(zhì)在冷卻過(guò)程中具有很強(qiáng)的腐蝕性，且長(zhǎng)期處于高溫、高壓、臨氫工況，極易發(fā)生腐 蝕穿孔、泄露爆管等失效，頻繁的非計(jì)劃停工損失慘重。2005年以來(lái)，中國(guó)石化集團(tuán)公司多 次開(kāi)展加氫高壓空冷器系統(tǒng)腐蝕失效的全國(guó)性調(diào)研；2010年，中國(guó)石油化工集團(tuán)公司組織 了中國(guó)石油煉化企業(yè)腐蝕監(jiān)測(cè)與防護(hù)情況的調(diào)研，茂名石化、鎮(zhèn)海煉化、齊魯石化、揚(yáng)子石 化、遼陽(yáng)石化、大慶煉化、撫順石化、大連石化等對(duì)加氫REAC系統(tǒng)都頻繁發(fā)生了腐蝕失效， 但不同裝置的腐蝕情況和失效形式均不相同。
[0003] 為了扭轉(zhuǎn)加氫REAC系統(tǒng)存在的泄露、爆管失效引發(fā)的頻繁非計(jì)劃停工的被動(dòng)局 面，控制加氫反應(yīng)流出物系統(tǒng)的腐蝕性介質(zhì)參數(shù)，為現(xiàn)場(chǎng)操作人員提供可操作依據(jù)顯得非 常重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種加氫空冷器系統(tǒng)pH值的軟測(cè)量方法，根據(jù)DCS控制系 統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取加氫空冷器系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，結(jié)合原料化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)和系統(tǒng)注水量，針對(duì)加氫 REAC系統(tǒng)變工況進(jìn)行pH值的軟測(cè)量，可供現(xiàn)場(chǎng)操作人員對(duì)REAC系統(tǒng)的流動(dòng)腐蝕實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 和運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 該方法包括如下步驟：
[0007] 1)構(gòu)建氣液平衡、水解平衡和離子平衡模型體系；
[0008] 2)確定各模型達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的平衡常數(shù)；
[0009] 3)確定加氫空冷器系統(tǒng)的物料平衡式和質(zhì)子濃度表達(dá)式；
[0010] 4)通過(guò)牛頓迭代法求解不同工況下的質(zhì)子濃度及該體系的pH值。
[0011] 所述構(gòu)建平衡模型體系，包括確定加氫空冷器系統(tǒng)中腐蝕介質(zhì)的氣液平衡、水解 平衡、離子平衡模型及各自反應(yīng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的亨利常數(shù)、水解平衡常數(shù)和電離平衡常 數(shù)。
[0012] 所述加氫空冷器系統(tǒng)的物料平衡式和質(zhì)子濃度表達(dá)式的確定步驟包括：
[0013] 步驟一，確定加氫空冷器系統(tǒng)必須滿足電中性、質(zhì)子平衡和物料平衡條件；
[0014] 步驟二、確定質(zhì)子濃度表達(dá)式，通過(guò)牛頓迭代法求解/;〃 z-lgfC#]，其中CH+表示 氫離子濃度。
[0015] 所述加氫空冷器系統(tǒng)中腐蝕介質(zhì)包括：H2S、NH3、HCl和H 2O ;氣液平衡即H2S和NH3 在水中的溶解平衡；水解平衡即H2S和NH3的水解反應(yīng)平衡；離子平衡即HS ' H2O和HCl的 電離平衡。
[0016] 所述加氫空冷器系統(tǒng)中腐蝕介質(zhì)的含量可通過(guò)DCS控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)及原料化驗(yàn) 分析數(shù)據(jù)間接計(jì)算確定。
[0017] 所述的DCS控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)包括：加氫空冷器系統(tǒng)入口原料油進(jìn)料量實(shí)際值Wf、 加氫空冷器系統(tǒng)的實(shí)際注水量、干烴物流摩爾流量mX、加氫空冷器系統(tǒng)進(jìn)口溫度T 1、加 氫空冷器系統(tǒng)出口溫度1~2和加氫空冷器系統(tǒng)壓力Psystom;原料化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)包括：原料硫含 量F s、氮含量FjP氯含量F d。
[0018] 本發(fā)明具有的有益效果是：
[0019] 本發(fā)明構(gòu)建了溶解平衡、化學(xué)平衡和離子平衡模型，提供了一種基于平衡常數(shù)模 型的加氫空冷器系統(tǒng)PH值的軟測(cè)量方法，可實(shí)現(xiàn)基于DCS控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、原料油化驗(yàn)分 析數(shù)據(jù)進(jìn)行加氫空冷器系統(tǒng)的PH值軟測(cè)量，確定pH值變化規(guī)律。本發(fā)明可為加氫空冷器 系統(tǒng)的運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和優(yōu)化防控提供參考依據(jù)，確保加氫空冷器系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng) 周期運(yùn)行。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是本發(fā)明的工作流程圖。
[0021] 圖2是原料油不同硫含量的酸水pH值隨溫度變化圖。
[0022] 圖3是原料油不同氯含量的酸水pH隨溫度變化圖。
[0023] 圖4是原料油不同氮含量的酸水pH隨溫度變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025] 如圖1所示，為本發(fā)明的工作流程圖。其工作流程為：首先根據(jù)加氫空冷器系統(tǒng)的 工藝過(guò)程建立氣液平衡、水解平衡和離子平衡模型；然后分別確定氣液平衡體系的亨利常 數(shù)、水解平衡常數(shù)和離子平衡常數(shù)；其次確定加氫空冷器系統(tǒng)物料平衡表達(dá)式，之后再確定 質(zhì)子濃度表達(dá)式，最終通過(guò)牛頓迭代法求解不同工況下的質(zhì)子濃度，確定加氫空冷器系統(tǒng) 的pH值。
[0026] 具體計(jì)算步驟為：
[0027] 1)溫度、系統(tǒng)壓力、進(jìn)料量和注水量，干烴物流摩爾流量通過(guò)DCS控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù) 直接讀取。
[0028] 2)通過(guò)原料化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)和原料進(jìn)料量確定NH3、H2S和HCl的含量；
[0029] 3)原料化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)包括S、N和Cl的含量；
[0030] 4)氣液平衡、水解平衡和離子平衡模型：
[0031] H2S (g) - H2S (aq) ⑴
[0032] H2S (aq) +H2O (I) ^ HS- (aq) +H3O+ (aq) (2)
[0033] HS (aq) - H+ (aq) +S2 (aq) (3)
[0034] NH3 (g) ^ NH3 (aq) (4)
[0035] NH^oq) + H2O(I) NH^ {aq) + OH-{aq) (5)
[0036] H2O(I) - H+(aq)+0Γ (aq) (6)
[0037] 5)反應(yīng)方程式中存在的氣液平衡系數(shù)（即亨利常數(shù)）、水解平衡常數(shù)和離子平衡 常數(shù)為：
[0038] K1= exp [-403. 66+7056. 07/T+74. 6931η (T)-0. 145Τ] (7)
[0039] =εχρ[218.599-12995.40/Γ-33.5471η0-)] (8)
[0040] KHS_ = exp[-l 14.45 - 2048.99 / T+ 15.651n(D] (9)
[0041] Hnh3= RTexp [-160. 56-8621. 06/T-25. 6771n (T)+0· 0354T)] (10)
[0042] K, " = exp[l 91.97 - 8451.61 / Γ - 31.436 in (T) + 0.01527 ] (H)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種加氫空冷器系統(tǒng)pH值的軟測(cè)量方法，其特征在于：該方法包括如下步驟： 1) 構(gòu)建氣液平衡、水解平衡和離子平衡模型體系； 2) 確定各模型達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的平衡常數(shù)； 3) 確定加氫空冷器系統(tǒng)的物料平衡式和質(zhì)子濃度表達(dá)式； 4) 通過(guò)牛頓迭代法求解不同工況下的質(zhì)子濃度及該體系的pH值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加氫空冷器系統(tǒng)pH值的軟測(cè)量方法，其特征在于：所述 構(gòu)建平衡模型體系，包括確定加氫空冷器系統(tǒng)中腐蝕介質(zhì)的氣液平衡、水解平衡、離子平衡 模型及各自反應(yīng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的亨利常數(shù)、水解平衡常數(shù)和電離平衡常數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加氫空冷器系統(tǒng)pH值的軟測(cè)量方法，其特征在于：所述 加氫空冷器系統(tǒng)的物料平衡式和質(zhì)子濃度表達(dá)式的確定步驟包括： 步驟一，確定加氫空冷器系統(tǒng)必須滿足電中性、質(zhì)子平衡和物料平衡條件； 步驟二，確定質(zhì)子濃度表達(dá)式，通過(guò)牛頓迭代法求解；]，其中C/f+表示氫 離子濃度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種加氫空冷器系統(tǒng)pH值的軟測(cè)量方法，其特征在于：所述 加氫空冷器系統(tǒng)中腐蝕介質(zhì)包括：H2S、NH3、HC1和H20 ;氣液平衡即H2S和NH3在水中的溶解 平衡；水解平衡即H2S和NH3的水解反應(yīng)平衡；離子平衡即HS'H20和HC1的電離平衡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種加氫空冷器系統(tǒng)pH值的軟測(cè)量方法，其特征在于：所述 加氫空冷器系統(tǒng)中腐蝕介質(zhì)的含量通過(guò)DCS控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)及原料化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)間接計(jì) 算確定。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種加氫空冷器系統(tǒng)pH值的軟測(cè)量方法，其特征在于：所述 的DCS控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)包括：加氫空冷器系統(tǒng)入口原料油進(jìn)料量實(shí)際值Wf、加氫空冷器系 統(tǒng)的實(shí)際注水量WWp干烴物流摩爾流量mX、加氫空冷器系統(tǒng)進(jìn)口溫度、加氫空冷器系統(tǒng) 出口溫度1~2和加氫空冷器系統(tǒng)壓力Psyst";原料化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)包括：原料硫含量Fs、氮含量 F0P氯含量Fd。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種加氫空冷器系統(tǒng)pH值的軟測(cè)量方法。通過(guò)構(gòu)建氣液平衡、水解平衡和離子平衡模型；確定各模型達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的平衡常數(shù)；給出系統(tǒng)的物料平衡式和質(zhì)子濃度表達(dá)式；通過(guò)牛頓迭代法求解不同溫度、不同硫、氮、氯含量的質(zhì)子濃度，計(jì)算確定該體系的pH值。本發(fā)明通過(guò)DCS控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取加氫空冷器系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，結(jié)合原料化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)和原油硫、氮、氯的含量，實(shí)現(xiàn)加氫空冷器系統(tǒng)pH值的軟測(cè)量，供操作人員對(duì)加氫空冷器系統(tǒng)pH值較低的流動(dòng)腐蝕高危區(qū)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，有效避免加氫空冷器系統(tǒng)管道和管束的流動(dòng)腐蝕失效，確保加氫空冷器系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行。
【IPC分類】G01N33-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104777270
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510136076
【發(fā)明人】偶國(guó)富, 孫利, 葉浩杰, 王寬心, 鄭智劍, 金浩哲
【申請(qǐng)人】浙江理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年3月26日