空冷入口管NH3-HCl-H2S结晶特性预测及注水混合数值模拟

加氢空冷器是炼油化工企业的关键设备之一.近年来中国进口原油以高硫高酸原油为主,原油种类超过150种,加工过程中还存在原油掺炼的情况,工况弹性大、风险突出,因此研究铵盐结晶规律以及注水工艺防护措施成为维护空冷器设备安全运行的重要内容.以某石油化工厂加氢空冷系统入口集合管为对象,依据质量守恒,基于逆序倒推法,建立烃、水两相...     

加氢反应流出物空冷器出口配管的弯管冲蚀特性表征及数值预测方法

针对加氢反应流出物空冷器(REAC)出口管道系统频繁发生的冲蚀失效问题,揭示了复杂流动腐蚀环境下管道冲蚀失效机理,提出了以离子传质系数(kc)及三向应力求得的最大剪切应力(τm)作为REAC出口配管的弯管冲蚀特性关键表征参数;采用Mixture多相流模型和SST k-ω湍流模型对空冷系统的出口配管进行流体动力学数值模拟,对比分析获得了各弯管处的传质系数和最大剪切应力的分布规律。结果表明：REAC出口配管的弯管中传质系数kc与最大剪切应力τm的重合位置位于弯管8上的55°≤α≤85°管段,是冲蚀失效的高风险区域;失效案例解剖结果表明,基于传质系数kc、最大剪切应力τm分布预测的冲蚀失效高风险区域与弯管冲蚀泄漏失效的区域基本一致。研究成果有望为空冷器进出口管道系统的耐流动腐蚀优化设计、优化运行和在役风险检验提供理论支撑依据。     

基于优化RVFLN模型的延迟焦化开工线H2S浓度预测

分析了延迟焦化开工线腐蚀的原因,其主要腐蚀形式为低温湿硫化氢（H2S）腐蚀,集成工业现场异构数据库系统,建立了基于随机权神经网络（RVFLN）的焦化装置开工管线内H2S浓度的数据驱动预测模型。首先用主成分分析法对输出变量进行降维;然后根据相关系数大小筛选影响开工线内H2S浓度变化的主要影响因素,将其作为模型输入用来训练模型;为获得更好的泛化性能,将RVFLN的随机权重控制在［0,1］之内,建立小规范随机权重神经网络（SNRVFL）;最后用现场数据对模型进行测试评估。结果表明,与PLSR、BPNN、SVR模型对比,优化后的RVFLN模型在预测精度和计算速率上都有较好表现,该模型适用于焦化装置开工管线内H2S浓度的实时在线预测,可为延迟焦化装置压力管道内的流动腐蚀风险评估提供基础数据。     

煤液化多相流输送管道冲蚀磨损分布预测及分析

针对煤化工中多相流管道系统的冲蚀磨损问题,运用Fluent软件构建流体动力学模型,获得磨损速率与管道位置的关系,用来预测磨损减薄的主要区域.数值计算结果表明:随着管道直径的增加,其最大磨损速率降低;曲率半径为3倍公称直径时,弯头的磨损率较小且均匀;颗粒形状越接近于球形,磨损率越低;当磨损颗粒粒径小于200 μm时,磨损率随着粒径的增大而增大,当粒径超过200 μm,磨损率几乎不再变化.对原管道系统进行设计改造,提出了一种结构优化改进方案,计算模拟结果显示优化方案可使其磨损率减小为约原来的1/2.     

10~#碳钢在HCl-H_2O环境中的露点腐蚀行为

针对常压塔顶系统的HCl-H_2O露点腐蚀环境,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和失重法等分析手段,研究了腐蚀性介质(HCl液滴)p H值、冲击速度及冲击角度等因素对HCl-H_2O环境中10~#碳钢露点腐蚀行为的影响。结果表明:在HCl-H_2O环境中,10~#碳钢的露点腐蚀速率随HCl液滴冲击速度的增大而增大,随HCl液滴p H值和冲击角度的增大而减小,且露点腐蚀速率在冲击角度为45°时存在一个转折点;HCl-H_2O环境中10~#碳钢的腐蚀类型为点腐蚀,其表面布满大小不一、形状不规则的点蚀坑,溶液中存在的Cl-会使点蚀坑加深;10~#碳钢表面所形成腐蚀产物膜的主要成分为α-FeOOH和Fe_2O_3。     

煤液化热高压分离器煤粉漂移特性数值模拟与优化

为揭示煤液化热高压分离器（简称“热高分”）内的煤粉漂移规律,基于热高分的结构特性和多相流物性参数,建立物理模型,并采用VOF(volume of fluid)模型和DPM(discrete phase model)模型,数值分析进口液固两相中固相质量分数、颗粒粒径对煤粉漂移特性的影响。研究发现：在气液交界面处,煤粉颗粒平均质量浓度最大,并随进口固相质量分数的增加而增大;小颗粒对气流的跟随性好,故气相出口的煤粉漂移率与颗粒粒径呈负相关关系;当进口固相质量分数增大到7%以上时,对应同一颗粒粒径下煤粉漂移率基本不变。通过在热高分上部增加45°倾斜挡板,发现气相出口处煤粉漂移率从2.03%下降到0.88%。     

一种旋转式液固两相流冲蚀磨损试验装置的研制

针对目前液固两相流冲蚀磨损试验装置存在实际冲角误差大、浆体浓度不均匀等问题,研制了一种旋转式冲蚀磨损试验装置。该装置允许的冲角范围为0°～90°,冲击速度为0～28.5m/s连续可调,利用搅拌叶片和导流槽实现不同冲击速度下浆体浓度的均匀性,具有速度稳定、可同时测试8个不同冲角下的试样、操作方便等特点。对低碳钢在不同冲击速度和冲角下的试验表明,所测得试验数据误差在6.8%以内,冲蚀磨损规律与经典结论一致。因此,该装置有望作为一种准确可靠的冲蚀磨损试验研究新平台而应用于耐冲蚀磨损优化设计和寿命预测等领域。     

NH3-H2S环境蜡油加氢空冷出口管道冲蚀损伤特性预测模型

以蜡油加氢反应流出物空冷器出口管道为研究对象,基于腐蚀性介质组分H₂S、NH₃在水相中不同温度下的分布特性分析,揭示了多组分流体流动过程中的冲蚀损伤机理,构建了空冷器出口管道冲蚀损伤特性的预测方法。采用Mixture模型与k-ω湍流模型对出口管道的冲蚀损伤特性进行了数值模拟,并采用剪切应力、传质系数、损伤速率等参数对冲蚀损伤特性进行了定量表征。结果表明：随着空冷器出口管系距离三通中心轴向距离的增加,管内流体流速和水相体积分数不断增加,传质系数和损伤速率较大区域位于管道底部区域,传质系数最大值为5.055×10^-4m/s,最大损伤速率为0.153 mm/a;剪切应力最大位置位于三通管道底部距离中心约760 mm处,综合判定该区域为发生冲蚀损伤的最高风险区域;预测的冲蚀损伤高风险区域与实际测厚减薄最严重区域基本重合,研究成果可为空冷器出口管系的测厚布点及寿命预测提供技术支撑。     

基于流动与传热耦模拟的空冷系统铵盐沉积特性研究

铵盐腐蚀是加氢反应出物空冷器(REAC)系统的典型失效形式。为了研究REAC系统中铵盐的腐蚀特性,采用混合模型、流体热传递模型和颗粒跟踪模型进行了数值模拟。结果表明,第一排和第二排管内各截面的温度和速度偏差较小。对于颗粒运动轨迹,颗粒的惯性起着重要作用,颗粒越小,在空冷器中沉积越均匀。然而,对于较大的颗粒,它们更倾向于从垂直弯头内侧下落,并在饱和前优先沉积在入口集箱和管道处。在换热器管材中,第二排管材的沉积数量大于第一排管材,高危管材主要集中在中部和右侧区域。在实际运行条件下,颗粒的动力学参数与堵塞位置相吻合。     

加氢空冷器腐蚀产物漂移特性的数值模拟与分析

分析加氢反应流出物空冷器(Reactor effluent air coolers,REAC)系统的工艺关联过程,揭示空冷器内NH4Cl、NH4HS及FeS等腐蚀产物的形成机理,建立腐蚀产物漂移沉积的数理模型;采用Mixture多相流模型和DPM(Discrete phase model)模型,模拟流动环境下加氢REAC系统中腐蚀产物的漂移沉积特性。结果表明,加氢REAC系统入口法兰处的结构突变,加剧了壁面边界层的紊动状态,气、液相间产生剪切作用对颗粒相起加速拖曳作用;液相分率、颗粒停留时间分布及沉积速率应作为加氢空冷器内腐蚀产物漂移沉积预测的关键参数,液相分率低、颗粒停留时间长和颗粒漂移沉积速率高的区域是出现腐蚀产物堵塞管束的高风险区域。数值预测的结果与红外热成像测得的表面温度场和管箱开盖的解剖结果基本吻合。