外部热量输入导致容器内气体膨胀的模拟方法
【专利摘要】一种外部恒定热量输入导致容器内气体热膨胀工况的模拟方法，采用AspenHYSYS流程模拟软件结合绘图的方法绘制出泄放量随时间的变化曲线，从而得到峰值。其特点在于：利用AspenHysys静态软件模拟安全阀泄放动态过程，通过建立泄放量与时间的模型从而得到峰值，提出了气体热膨胀工况新的计算方法。此方法同样适用于复杂物压力容器安全阀泄放过程，对于容器内的蒸汽和液体组成是变化的，温度和潜热值也是变化的，蒸汽的泄放的最大量不仅取决于吸热率，也取决于容器内各组分的实际组成。
【专利说明】外部热量输入导致容器内气体膨胀的模拟方法
【技术领域】
[0001]本发明针对外部恒定热量输入导致容器内气体热膨胀这一工况，提出了其泄放量的计算方法。主要用于石油化工装置安全阀的设计中，确定泄放量的大小。还适用于含复杂物系(液体混合物、气体混合物)设备在火灾工况下的泄放量计算。
【背景技术】
[0002]防止超压，安全阀在现代石油化工装置中被广泛的应用。引起超压的常见因素有:出口堵塞、冷却水中断、外部火灾、液体膨胀、自控阀门失灵、换热管断裂等原因。当电加热器加热气体在进出口堵塞的情况下，内部电加热元件继续加热设备内的气体，从而引起设备压力持续升高，进而损坏设备。为了保护设备，在系统上设置安全阀，选择安全阀时，最关键的是计算出该工况下的泄放量。针对由于外部工艺恒定热量输入引起的气体热膨胀工况的泄放量，目前还没有很好的模拟计算方法。
[0003]本发明的技术方案是:一种外部恒定热量输入导致容器内气体热膨胀工况的模拟方法，其特征在于:利用Aspen Hysys静态模拟软件，将容器内静态的气体体积大小等效为气体的流量大小，将外部热量输入值等效为热功率，也就是在HYSYS模拟中时间单位在输入和输出的结果中将被忽略；然后进行以下步骤:
1)将气体的组成和操作温度、压力输入到HSYSY的物流I中，然后计算出受热容器内气体的体积，将其数值等效看作物流I的体积流量并输入；
2)把受热容器内气体加热到安全阀设定压力(物流2)下，过程中所需要的热量Ql由HYSYS模拟完成；
3)把受热容器内气体加热到安全阀泄放压力(物流3)下，过程中所需要的热量Q2由HYSYS模拟完成；
4)到达泄放压力后，进一步的热量输入将导致安全阀的泄放，热量的输入值为外部恒定功率热量值与固定时间间隔(t)的乘积，将乘积值Q3手动输入到HSYSY中，在此固定时间间隔中的泄放量等于物流4与物流5流量的差值，物流5要返回受热容器内，来保证受热容器内物流体积恒定，从而得到了 t时间间隔内的泄放量(物流6的体积)；
5)重复步骤4，得到η个时间间隔内的泄放量，以时间为横坐标，以泄放量为纵坐标作图，得到峰值点。
[0004]此方法同样适用于液体混合物、气体混合物的压力容器安全阀泄放过程，对于容器内的蒸汽和液体组成是变化的，温度和潜热值也是变化的，蒸汽的泄放的最大量不仅取决于吸热率，也取决于容器内各组分的实际组成。本设计计算方法，采用Aspen HYSYS流程模拟软件结合绘图的方法绘制出泄放量随时间的变化曲线，从而得到峰值。
[0005]本发明其特点在于:利用Aspen Hysys静态软件模拟安全阀泄放动态过程,通过建立泄放量与时间的模型从而得到峰值，提出了气体热膨胀工况新的计算方法，简单实用，满足了工程设计的需要。【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1是发明实例所采用的HYSYS软件模拟流程图；
图2是利用本明发得到的时间与泄放量的关系曲线。
【具体实施方式】
[0007]参见图1和图2，本发明依据的原理是=HYSYS是一个流程模拟，利用静态过程把容器内的气体体积大小等效的为气体的流量大小(即I m3大小的物流体积等效为物流体积流量I m3/h)，外部热量输入值等效为热功率(即热量I kj等效为功率lkj/h)，也就是在HYSYS模拟中时间单位在输入和输出的结果中将被忽略。
[0008]气体的受热膨胀将用HYSYS以下列步骤进行模拟(参见图1): I号物流(即标记1，下同)代表一定容积的容器内气体在操作工况下的状态，2号物流代表经过一段时间，热量Ql吸入后，容器内气体在安全阀开启时的状态，3号物流代表经过一段时间，热量Q2吸入后，容器内气体在安全阀完全开启时的状态，物流4代表吸入热量Q3后，容器内气体和安全阀泄放气体的总量，物流5代表吸入热量Q3后，容器内气体的总量，物流6代表吸入热量Q3后，安全阀泄放气体的总量，物流7代表吸入热量Q3并泄放出物流6后，容器内的液体状态，以后重复上述步骤。详细说明如下:
1)将气体的组成和操作温度、压力输入到HSYSY的物流I中，然后计算出受热容器内气体的体积，将其数值等效看作物流I的体积流量并输入；
2)把受热容器内气体加热到安全阀设定压力(物流2)下，过程中所需要的热量Ql由HYSYS模拟完成；
3)把受热容器内气体加热到安全阀泄放压力(物流3)下，过程中所需要的热量Q2由HYSYS模拟完成；
4)到达泄放压力后，进一步的热量输入将导致安全阀的泄放，热量的输入值为外部恒定功率热量值与固定时间间隔(t)的乘积，将乘积值Q3手动输入到HSYSY中，在此固定时间间隔中的泄放量等于物流4与物流5流量的差值，物流5要返回受热容器内，来保证受热容器内物流体积恒定，从而得到了 t时间间隔内的泄放量(物流6的体积)。
[0009]5)重复步骤4，得到8个时间间隔内的泄放量A1-A8，以时间为横坐标，以泄放量为纵坐标作图，得到峰值点A7 (即最大泄放量，如图2所示)。
[0010]具体模拟过程(此部分内容是一个模拟过程举例，通过实例并按照上面的五个步骤操作，就能得到结果):
1、工艺条件和流程:
工艺条件:气体组成100% CH4，容器尺寸ID 273mm x 3000mm (T/T),气体正常操作温度42°C，气体正常操作压力10450kPag，安全阀设定压力为17500kPag，安全阀泄放压力为19250kPag,电加热器功率为300kW。
[0011]2、流程模拟:
利用Aspen Hysys流程模拟软件建立工艺流程过程中，选择PR状态方程，输入物流组成，搭建流程图。
[0012]3、结果与讨论:
利用Excel作图工具得到时间与泄放量的关系曲线(图2)，从曲线中得到泄放量的峰值点作为安全阀的泄放量。
[0013]通过建立HYSYS模拟，分析了外部恒定功率热量输入导致容器内气体热膨胀工况下的泄放工况。
[0014]此模拟假设在安全阀达到泄放压力之前没有流体泄放，与真实情况稍有不同。
[0015]此方法同样适用于复杂物(液体混合物、气体混合物)压力容器安全阀泄放过程。对于容器内的蒸汽和液体组成是变化的，温度和潜热值也是变化的，蒸汽的泄放的最大量不仅取决于吸热率，也取决于容器内各组分的实际组成。
【权利要求】
1.一种外部恒定热量输入导致容器内气体热膨胀工况的模拟方法，其特征在于:利用Aspen Hysys静态模拟软件,将容器内静态的气体体积大小等效为气体的流量大小,将外部热量输入值等效为热功率，也就是在HYSYS模拟中时间单位在输入和输出的结果中将被忽略；然后进行以下步骤: 1)将气体的组成和操作温度、压力输入到HSYSY的物流I中，然后计算出受热容器内气体的体积，将其数值等效看作物流I的体积流量并输入； 2)把受热容器内气体加热到安全阀设定压力(物流2)下，过程中所需要的热量Ql由HYSYS模拟完成； 3)把受热容器内气体加热到安全阀泄放压力(物流3)下，过程中所需要的热量Q2由HYSYS模拟完成； 4)到达泄放压力后，进一步的热量输入将导致安全阀的泄放，热量的输入值为外部恒定功率热量值与固定时间间隔(t)的乘积，将乘积值Q3手动输入到HSYSY中，在此固定时间间隔中的泄放量等于物流4与物流5流量的差值，物流5要返回受热容器内，来保证受热容器内物流体积恒定，从而得到了 t时间间隔内的泄放量(物流6的体积)； 5)重复步骤4，得到η个时间间隔内的泄放量，以时间为横坐标，以泄放量为纵坐标作图，得到峰值点。
2.根据权利要求1所述的外部恒定热量输入导致容器内气体热膨胀工况的模 拟方法，其特征在于:此方法同样适用于液体混合物、气体混合物的压力容器安全阀泄放过程，对于容器内的蒸汽和液体组成是变化的，温度和潜热值也是变化的，蒸汽的泄放的最大量不仅取决于吸热率，也取决于容器内各组分的实际组成。
【文档编号】G06F17/50GK103853875SQ201310677964
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】赵宝柱, 张斐 申请人:森松(江苏)海油工程装备有限公司