一种确定原油炼化喷嘴入口压力的方法和系统与流程

本发明涉及石油化工领域，具体涉及一种确定原油炼化喷嘴入口压力的方法和系统。

背景技术：

近年来，催化裂化炼油过程中，由于原料油的劣质、重质化趋势，对催化裂化的原料油雾化喷嘴提出了更高的要求。原料油雾化喷嘴基于高速流动过程雾化的机理，双喉道构型喷嘴是一种能够达到高效雾化的喷嘴构型，其工作原理为：喷嘴中心管道进高压蒸汽，原料油由第一喉道后端开口处进入混合腔。蒸汽经过第一喉道充分加速后，与原油在混合腔形成强剪切流，通过第二喉道后，摩擦，混合雾化，之后以射流形式将混合油气从喷嘴出口喷出。

然而现有技术中对石油炼化喷嘴的入口压力控制调节需要进一步探索和提高，以减少能源消耗同时达到最优的炼化效果。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种确定原油炼化喷嘴入口压力的方法和系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种确定原油炼化喷嘴入口压力的方法，包括如下步骤：

步骤1，确定原油炼化喷嘴内部的气体流动模型；

步骤2，获取原油催化裂化过程中与原油炼化喷嘴入口压力相关的预定测量参数；

步骤3，根据所述气体流动模型及所述预定测量参数拟合公式计算原油炼化喷嘴入口压力。

本发明的有益效果是：对原油炼化喷嘴的入口压力参数进行了分析和模拟计算，可以得到了原油雾化过程中最优的压力控制区间，为提高石油炼化性能及减少能源消耗提供指导。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述步骤1中气体流动模型为变截面一维等熵流动模型，通过一维定常流动欧拉运动方程、一维可压缩定常流动连续性方程、声速公式及马赫数推导出亚声速气流及超声速流在不同的管道中的压力与速度的关系。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过模型推导，指导预定测量参数的选取和对石油炼化过程中参数的测量。

进一步,所述步骤2中与原油炼化喷嘴入口压力相关的预定测量参数包括：液体原油进口压力、入口蒸汽压力、液膜厚度、喉道直径和原油炼化喷嘴进气量。

采用上述进一步方案的有益效果是：对石油炼化过程中的参数进行测量，并调节这些参数获取连续测量值，为后面的数据拟合做准备。

进一步,所述步骤3的具体实现包括：

步骤3.1，根据所述预定测量参数计算入口蒸汽压力与液体原油进口压力的比值以及液膜厚度与喉道直径的比值，通过测量参数修正并绘制液膜厚度比与气液压力比的关系曲线，并通过数据拟合得到气液压力比公式；

步骤3.2，根据实验测量的经验参数，得到原油炼化喷嘴进气量与进气压力公式；

步骤3.3，基于所述原油炼化喷嘴进气量与进气压力公式计算气液质量比，并根据所述预定测量参数修正并绘制气液压力比与气液质量比的关系曲线；

步骤3.4，根据生产中的油品性质对雾化结果的要求、雾化蒸气量的配比要求，基于所述液膜厚度比与气液压力比的关系曲线和所述气液压力比与气液质量比的关系曲线确定原油炼化喷嘴入口压力数值区间。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过对关键数据进行实验测量、计算、拟合、修正等，得到所述液膜厚度比与气液压力比的关系曲线和所述气液压力比与气液质量比的关系曲线，为最终确定原油炼化喷嘴入口压力提供依据。

进一步,所述原油炼化喷嘴入口压力数值区间的取值为：雾化粒度需求不大于0.065时气液压力比大于0.7。

本发明的另一面，还提供一种确定原油炼化喷嘴入口压力的系统，包括模型推导模块、参数测量模块、压力计算模块；

所述模型推导模块，用于确定原油炼化喷嘴内部的气体流动模型；

所述参数测量模块，用于获取原油催化裂化过程中与原油炼化喷嘴入口压力相关的预定测量参数；

所述压力计算模块，用于根据所述气体流动模型及所述预定测量参数拟合公式计算原油炼化喷嘴入口压力。

进一步,所述模型推导模块中气体流动模型为变截面一维等熵流动模型；所述模型推导模块还包括推导单元，用于通过一维定常流动欧拉运动方程、一维可压缩定常流动连续性方程、声速公式及马赫数推导出亚声速气流及超声速流在不同的管道中的压力与速度的关系。

进一步,所述所述模型推导模块中与原油炼化喷嘴入口压力相关的预定测量参数包括：液体原油进口压力、入口蒸汽压力、液膜厚度、喉道直径和原油炼化喷嘴进气量。

进一步,所述压力计算模块包括：

第一计算单元，用于根据所述预定测量参数计算入口蒸汽压力与液体原油进口压力的比值以及液膜厚度与喉道直径的比值，通过测量参数修正并绘制液膜厚度比与气液压力比的关系曲线，并通过数据拟合得到气液压力比公式；

第二计算单元，用于根据实验测量的经验参数，得到原油炼化喷嘴进气量与进气压力公式；

第三计算单元，用于基于所述原油炼化喷嘴进气量与进气压力公式计算气液质量比，并根据所述预定测量参数修正并绘制气液压力比与气液质量比的关系曲线；

确定压力单元，用于根据生产中的油品性质对雾化结果的要求、雾化蒸气量的配比要求，基于所述液膜厚度比与气液压力比的关系曲线和所述气液压力比与气液质量比的关系曲线确定原油炼化喷嘴入口压力数值区间。

进一步,所述原油炼化喷嘴入口压力数值区间的取值为：雾化粒度需求不大于0.065时气液压力比大于0.7。

附图说明

图1为本发明一种确定原油炼化喷嘴入口压力的方法流程图；

图2为本发明第一实施例液膜厚度比与气液压力比的关系曲线图；

图3为本发明第二实施例气液流量比与气液压力比的关系曲线图；

图4为本发明一种确定原油炼化喷嘴入口压力的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明一种确定原油炼化喷嘴入口压力的方法流程图,包括：

步骤1，确定原油炼化喷嘴内部的气体流动模型；

步骤2，获取原油催化裂化过程中与原油炼化喷嘴入口压力相关的预定测量参数；

步骤3，根据所述气体流动模型及所述预定测量参数拟合公式计算原油炼化喷嘴入口压力。

所述步骤1中气体流动模型为变截面一维等熵流动模型，其推导过程如下：

根据一维定常流动欧拉运动方程，在忽略体积的情况下公式为：

可得

由一维可压缩定常流动连续性方程：

m＝ρVA＝Const (3)

对上式取微分，并除以，可得：

由声速公式

c²＝dp/dρ (5)

联立(2)式可得：

由马赫数

Ma＝V/c (7)

(6)式可化为：

或由(2)式

从(8)(9)二式可得，

当Ma<1时，Ma2-1<0，dA与dV异号，与dp同号；

当Ma>1时，Ma2-1>0，dA与dV同号，与dp异号；

由上述推导可得：

在原油催化裂化过程中，亚声速气流(Ma<1)在收缩管(dA<0)中将加速(dV>0)减压(dp<0),在扩张管(dA>0)中将减速(dV<0)增压(dp>0)；超声速流(Ma>1)在收缩管中将减速增压,在扩张管中将加速减压，与亚声速流正好相反。

所述步骤2中与原油炼化喷嘴入口压力相关的预定测量参数包括：液体原油进口压力、入口蒸汽压力、液膜厚度、喉道直径和原油炼化喷嘴进气量。

原油的催化裂化过程中，提高原油炼化喷嘴入口蒸汽压力时，气体流动速度随之加大。而液膜厚度将随着气体剪切速度的增大而变薄。

在原油处理量不变的条件下，入口蒸汽压力Pg变化等价于蒸汽压力与液体原油进口压力的比值Pg/Pl(以下简称气液压力比)，在原油炼化喷嘴出口喉道直径D不变的条件下，液膜厚度dl的变化等价于液膜厚度对喉道直径的比值dl/D(以下简称厚度比)。

所述步骤2需要对石油炼化过程中的参数进行测量，并调节这些参数获取连续测量值，为步骤3的数据拟合做准备。

所述步骤3的具体实现包括：

步骤3.1，根据所述预定测量参数计算入口蒸汽压力与液体原油进口压力的比值以及液膜厚度与喉道直径的比值，通过测量参数修正并绘制液膜厚度比与气液压力比的关系曲线，并通过数据拟合得到气液压力比公式；

经计算并实验修正，气液压力比与液膜厚度比的关系曲线如图2所示。

所述气液压力比公式为：

步骤3.2，根据实验测量的经验参数，得到原油炼化喷嘴进气量与进气压力公式；

具体实现为，通过调节原油炼化喷嘴前的蒸汽进气量(即调整进气压力)，可以改变原油炼化喷嘴内部气体流动速度。原油炼化喷嘴进气量与进气压力可以表示为：

其中ξ为流动阻尼，k为实验测得的经验系数；

步骤3.3，基于所述原油炼化喷嘴进气量与进气压力公式计算气液质量比，并根据所述预定测量参数修正并绘制气液压力比与气液质量比的关系曲线，如图3所示。

步骤3.4，根据生产中的油品性质对雾化结果的要求、雾化蒸气量的配比要求，基于所述液膜厚度比与气液压力比的关系曲线和所述气液压力比与气液质量比的关系曲线确定原油炼化喷嘴入口压力数值区间。

上述方案通过对关键数据进行实验测量、计算、拟合、修正等，得到所述液膜厚度比与气液压力比的关系曲线和所述气液压力比与气液质量比的关系曲线，为最终确定原油炼化喷嘴入口压力提供依据。

根据图2、图3得到的所述原油炼化喷嘴入口压力数值区间的取值为：雾化粒度需求不大于0.065时气液压力比大于0.7。

根据实际生产的气液比流量和图3的曲线给出的最优取值为：

当气液比4％时，取值为0.76；

当气液比4.5％时，取值为0.92。

本发明旨在提出一种原油炼化喷嘴入口压力的控制方法，通过数值计算评估，分别给出原油炼化喷嘴入口压力与雾化结果控制参数(原油炼化喷嘴出口喉道液膜厚度)、蒸汽消耗量的关联公式，得到原油炼化喷嘴入口压力的有效控制区间，在保证雾化过程蒸汽消耗在可承受的范围内时，达到最优的原油雾化效果，为原油催化裂化工程应用中的压力控制奠定良好的理论基础。

本发明对原油炼化喷嘴的入口压力参数进行了分析和模拟计算，可以得到了原油雾化过程中最优的压力控制区间，为提高石油炼化性能及减少能源消耗提供指导。

如图4所示，本发明还提供一种确定原油炼化喷嘴喉道尺寸与液膜厚度关系的系统，包括模型推导模块、参数测量模块、压力计算模块；

所述模型推导模块，用于确定原油炼化喷嘴内部的气体流动模型；

所述参数测量模块，用于获取原油催化裂化过程中与原油炼化喷嘴入口压力相关的预定测量参数；

所述压力计算模块，用于根据所述气体流动模型及所述预定测量参数拟合公式计算原油炼化喷嘴入口压力。

所述模型推导模块中气体流动模型为变截面一维等熵流动模型；所述模型推导模块还包括推导单元，用于通过一维定常流动欧拉运动方程、一维可压缩定常流动连续性方程、声速公式及马赫数推导出亚声速气流及超声速流在不同的管道中的压力与速度的关系。

所述所述模型推导模块中与原油炼化喷嘴入口压力相关的预定测量参数包括：液体原油进口压力、入口蒸汽压力、液膜厚度、喉道直径和蒸汽进气量。

所述压力计算模块包括：

第一计算单元，用于根据所述预定测量参数计算入口蒸汽压力与液体原油进口压力的比值以及液膜厚度与喉道直径的比值，通过测量参数修正并绘制液膜厚度比与气液压力比的关系曲线，并通过数据拟合得到气液压力比公式；

第二计算单元，用于根据实验测量的经验参数，得到原油炼化喷嘴蒸汽进气量与进气压力公式；

第三计算单元，用于基于所述原油炼化喷嘴蒸汽进气量与进气压力公式计算气液质量比，并根据所述预定测量参数修正并绘制气液压力比与气液质量比的关系曲线；

确定压力单元，用于根据生产中的油品性质对雾化结果的要求、雾化蒸气量的配比要求，基于所述液膜厚度比与气液压力比的关系曲线和所述气液压力比与气液质量比的关系曲线确定原油炼化喷嘴入口压力数值区间。

所述原油炼化喷嘴入口压力数值区间的取值为：雾化粒度需求不大于0.065时气液压力比大于0.7。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。