一种加氢空冷器系统pH值的软测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油化工领域，具体的说是涉及一种加氢空冷器系统pH值的软测量 方法。
【背景技术】
[0002] 以原油炼制为前端的石油化工行业是国民经济的支柱产业。在石油化工行业 中，加氢裂化是炼油厂中重要的二次加工手段，而加氢空冷器（Reactor Effluent Air Coolers，简称REAC)系统是加氢裂化装置中的重要设备之一。近年来，随着原油劣质化的 影响，加氢空气冷却器系统腐蚀问题愈发突出，反应流出物中的高硫、高氮、高酸、高氯等腐 蚀性介质在冷却过程中具有很强的腐蚀性，且长期处于高温、高压、临氢工况，极易发生腐 蚀穿孔、泄露爆管等失效，频繁的非计划停工损失惨重。2005年以来，中国石化集团公司多 次开展加氢高压空冷器系统腐蚀失效的全国性调研；2010年，中国石油化工集团公司组织 了中国石油炼化企业腐蚀监测与防护情况的调研，茂名石化、镇海炼化、齐鲁石化、扬子石 化、辽阳石化、大庆炼化、抚顺石化、大连石化等对加氢REAC系统都频繁发生了腐蚀失效， 但不同装置的腐蚀情况和失效形式均不相同。
[0003] 为了扭转加氢REAC系统存在的泄露、爆管失效引发的频繁非计划停工的被动局 面，控制加氢反应流出物系统的腐蚀性介质参数，为现场操作人员提供可操作依据显得非 常重要。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种加氢空冷器系统pH值的软测量方法，根据DCS控制系 统数据库读取加氢空冷器系统运行参数，结合原料化验分析数据和系统注水量，针对加氢 REAC系统变工况进行pH值的软测量，可供现场操作人员对REAC系统的流动腐蚀实时监测 和运行安全风险评估。
[0005] 为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006] 该方法包括如下步骤：
[0007] 1)构建气液平衡、水解平衡和离子平衡模型体系；
[0008] 2)确定各模型达到动态平衡的平衡常数；
[0009] 3)确定加氢空冷器系统的物料平衡式和质子浓度表达式；
[0010] 4)通过牛顿迭代法求解不同工况下的质子浓度及该体系的pH值。
[0011] 所述构建平衡模型体系，包括确定加氢空冷器系统中腐蚀介质的气液平衡、水解 平衡、离子平衡模型及各自反应达到动态平衡时的亨利常数、水解平衡常数和电离平衡常 数。
[0012] 所述加氢空冷器系统的物料平衡式和质子浓度表达式的确定步骤包括：
[0013] 步骤一，确定加氢空冷器系统必须满足电中性、质子平衡和物料平衡条件；
[0014] 步骤二、确定质子浓度表达式，通过牛顿迭代法求解/;〃 z-lgfC#]，其中CH+表示 氢离子浓度。
[0015] 所述加氢空冷器系统中腐蚀介质包括：H2S、NH3、HCl和H 2O ;气液平衡即H2S和NH3 在水中的溶解平衡；水解平衡即H2S和NH3的水解反应平衡；离子平衡即HS ' H2O和HCl的 电离平衡。
[0016] 所述加氢空冷器系统中腐蚀介质的含量可通过DCS控制系统数据库及原料化验 分析数据间接计算确定。
[0017] 所述的DCS控制系统数据库包括：加氢空冷器系统入口原料油进料量实际值Wf、 加氢空冷器系统的实际注水量、干烃物流摩尔流量mX、加氢空冷器系统进口温度T 1、加 氢空冷器系统出口温度1~2和加氢空冷器系统压力Psystom;原料化验分析数据包括：原料硫含 量F s、氮含量FjP氯含量F d。
[0018] 本发明具有的有益效果是：
[0019] 本发明构建了溶解平衡、化学平衡和离子平衡模型，提供了一种基于平衡常数模 型的加氢空冷器系统PH值的软测量方法，可实现基于DCS控制系统数据库、原料油化验分 析数据进行加氢空冷器系统的PH值软测量，确定pH值变化规律。本发明可为加氢空冷器 系统的运行安全风险评估和优化防控提供参考依据，确保加氢空冷器系统的安全、稳定、长 周期运行。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明的工作流程图。
[0021] 图2是原料油不同硫含量的酸水pH值随温度变化图。
[0022] 图3是原料油不同氯含量的酸水pH随温度变化图。
[0023] 图4是原料油不同氮含量的酸水pH随温度变化图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图和实施例对发明作进一步说明。
[0025] 如图1所示，为本发明的工作流程图。其工作流程为：首先根据加氢空冷器系统的 工艺过程建立气液平衡、水解平衡和离子平衡模型；然后分别确定气液平衡体系的亨利常 数、水解平衡常数和离子平衡常数；其次确定加氢空冷器系统物料平衡表达式，之后再确定 质子浓度表达式，最终通过牛顿迭代法求解不同工况下的质子浓度，确定加氢空冷器系统 的pH值。
[0026] 具体计算步骤为：
[0027] 1)温度、系统压力、进料量和注水量，干烃物流摩尔流量通过DCS控制系统数据库 直接读取。
[0028] 2)通过原料化验分析数据和原料进料量确定NH3、H2S和HCl的含量；
[0029] 3)原料化验分析数据包括S、N和Cl的含量；
[0030] 4)气液平衡、水解平衡和离子平衡模型：
[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)反应方程式中存在的气液平衡系数（即亨利常数）、水解平衡常数和离子平衡 常数为：
[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)
【主权项】
1. 一种加氢空冷器系统pH值的软测量方法，其特征在于：该方法包括如下步骤： 1) 构建气液平衡、水解平衡和离子平衡模型体系； 2) 确定各模型达到动态平衡的平衡常数； 3) 确定加氢空冷器系统的物料平衡式和质子浓度表达式； 4) 通过牛顿迭代法求解不同工况下的质子浓度及该体系的pH值。
2. 根据权利要求1所述的一种加氢空冷器系统pH值的软测量方法，其特征在于：所述 构建平衡模型体系，包括确定加氢空冷器系统中腐蚀介质的气液平衡、水解平衡、离子平衡 模型及各自反应达到动态平衡时的亨利常数、水解平衡常数和电离平衡常数。
3. 根据权利要求1所述的一种加氢空冷器系统pH值的软测量方法，其特征在于：所述 加氢空冷器系统的物料平衡式和质子浓度表达式的确定步骤包括： 步骤一，确定加氢空冷器系统必须满足电中性、质子平衡和物料平衡条件； 步骤二，确定质子浓度表达式，通过牛顿迭代法求解；]，其中C/f+表示氢 离子浓度。
4. 根据权利要求2所述的一种加氢空冷器系统pH值的软测量方法，其特征在于：所述 加氢空冷器系统中腐蚀介质包括：H2S、NH3、HC1和H20 ;气液平衡即H2S和NH3在水中的溶解 平衡；水解平衡即H2S和NH3的水解反应平衡；离子平衡即HS'H20和HC1的电离平衡。
5. 根据权利要求4所述的一种加氢空冷器系统pH值的软测量方法，其特征在于：所述 加氢空冷器系统中腐蚀介质的含量通过DCS控制系统数据库及原料化验分析数据间接计 算确定。
6. 根据权利要求5所述的一种加氢空冷器系统pH值的软测量方法，其特征在于：所述 的DCS控制系统数据库包括：加氢空冷器系统入口原料油进料量实际值Wf、加氢空冷器系 统的实际注水量WWp干烃物流摩尔流量mX、加氢空冷器系统进口温度、加氢空冷器系统 出口温度1~2和加氢空冷器系统压力Psyst";原料化验分析数据包括：原料硫含量Fs、氮含量 F0P氯含量Fd。
【专利摘要】本发明公开了一种加氢空冷器系统pH值的软测量方法。通过构建气液平衡、水解平衡和离子平衡模型；确定各模型达到动态平衡的平衡常数；给出系统的物料平衡式和质子浓度表达式；通过牛顿迭代法求解不同温度、不同硫、氮、氯含量的质子浓度，计算确定该体系的pH值。本发明通过DCS控制系统数据库读取加氢空冷器系统的运行参数，结合原料化验分析数据和原油硫、氮、氯的含量，实现加氢空冷器系统pH值的软测量，供操作人员对加氢空冷器系统pH值较低的流动腐蚀高危区加强监测，有效避免加氢空冷器系统管道和管束的流动腐蚀失效，确保加氢空冷器系统的安全、稳定、长周期运行。
【IPC分类】G01N33-00
【公开号】CN104777270
【申请号】CN201510136076
【发明人】偶国富, 孙利, 叶浩杰, 王宽心, 郑智剑, 金浩哲
【申请人】浙江理工大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月26日