[發明專利]石化裝置中緊急泄放過程的模擬裝置的溫度壓力跟蹤方法

有效

• 申請號: 201110317020.8
• 申請日: 2011-10-18
• 公開（公告）號: CN102393313A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 孟庭宇;石寧;謝傳欣;徐偉;姜杰;孫峰
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G05D27/02
• 代理公司: 北京中偉智信專利商標代理事務所 11325
• 代理人: 張岱

技術領域

本發明涉及石油化工中化學反應失控緊急泄放的模擬實驗裝置的溫度壓力跟蹤方法，特別是涉及一種用于化學反應危險性評估，測試石油化工裝置的安全泄放裝置的設計和選型所需基礎實驗數據以及模擬發生失控反應時緊急泄放過程的模擬實驗裝置。

背景技術

安全泄放是指密閉壓力設備內一旦發生超壓，設備的緊急泄放裝置就會自動敞開，從而避免設備內部產生不可承受的爆炸壓力?；瘜W反應失控是造成設備超壓的重要原因之一，若緊急泄放裝置設計不合理將造成設備的超壓破壞。美國緊急泄放系統設計協會(Design?Institute?for?Emergency?Relief?Systems，DIERS)在失控反應緊急泄放實驗技術研究方面做了大量工作，開發出了一些實用的實驗技術和方法，如VSP2(Vent?sizing?package?2)實驗裝置可進行失控反應實驗過程模擬測試，可以獲得絕熱實驗數據，為失控反應安全泄放裝置設計和選型提供基礎數據。但VSP2實驗裝置存在耗時費力、物料劑量小、無法進行泄放全過程模擬、無法確定泄放物料特性和狀態、實驗功能單一等缺陷和不足。目前，國內在該技術領域的研究尚屬空白。近年來，隨著石化企業的快速發展和自主創新能力的提高，裝置的運行環境和條件更加苛刻，對熱失控反應的安全泄放技術的研究提出更高的要求，急需開發用于失控反應緊急泄放基礎實驗研究的多功能實驗裝置，進行緊急泄放過程的全流程模擬，為反應危險性評估及安全泄放裝置的工程設計和選型提供有用數據。

發明內容

本發明提供一種用于失控反應時緊急泄放基礎實驗研究的多功能實驗裝置的溫度壓力跟蹤方法，在緊急泄放過程的全流程模擬中，本發明通過采用溫度跟蹤和壓力跟蹤特有技術，具有熱慣性即φ值很低的特點，實現對化學反應過程進行近似絕熱測量，利用該跟蹤方法使其實驗裝置可以對實際工況條件下的反應危險性進行模擬和評估，可以為工業規模的失控反應安全泄放裝置的工程設計提供基礎數據。

本發明采用的溫度壓力跟蹤方法，用于失控反應緊急泄放過程的模擬，所述模擬實驗裝置包括設置承壓釜、反應釜，溫度控制系統和壓力控制系統。

溫度控制系統包括內部加熱器，外部溫度跟蹤加熱器和多個溫度傳感器，反應釜內的反應物料利用內部加熱器進行加熱，反應釜的壁外纏繞保溫層進行保溫，在保溫層外設置有外部溫度跟蹤加熱器，在反應釜內部和保溫層上分別設置溫度傳感器進行釜內釜外溫度測量，外部溫度跟蹤加熱器采用變功率設計，根據反應釜內的溫度變化快慢調整外部溫度跟蹤加熱器的加熱功率，實現保溫層的溫度與反應釜內部溫度近似同步。

壓力控制系統包括多個壓力傳感器，在反應釜內部和反應釜與承壓釜之間的氣相空間中分別設有壓力傳感器進行釜內釜外的壓力測量，根據釜內釜外的壓差變化控制電磁閥組，進行充裝或排放氮氣的控制，隨反應釜內化學反應的進行，反應釜內壓力不斷升高，對反應釜和承壓釜之間的氣相空間通入氮氣補充壓力；在反應釜進行緊急泄放過程中，反應釜內壓力逐漸減低，對反應釜和承壓釜之間氣相空間中的氮氣進行泄放，反應釜內外壓差保持在0.5MPa之內，實現反應釜內外壓力近似同步；

所述模擬實驗裝置還包括進料系統、泄放收集處理系統、數據采集存儲系統，泄放收集處理系統包括泄放收集罐和緊急泄放罐，反應釜的頂部和底部均開有泄放孔，通過管線分別與泄放收集罐和緊急泄放罐連接，還開有多個液體進料口和氣體進料口，分別通過進料管線與進料系統的原料罐和儲氣罐連接。

所述反應釜的內部容積為5L，壁厚1-3mm，承受最大壓差為0.5MPa，設計溫度為300℃，材質為316L不銹鋼，采用柱體結構設計。

內部加熱器和外部溫度跟蹤加熱器均采用電加熱。

所述泄放孔的設計可調，能夠實現泄放孔徑和起跳壓力的調節，其中一種泄放控制方式采用快速氣動閥和不同噴嘴組合使用；另一種泄放控制方式采用安全閥或爆破片或其不同的組合形式。

承壓釜的設計壓力為10.0MPa，設計溫度為300℃，材質為304不銹鋼，采用柱體結構設計，體積為10L。

所述進料系統的液體進料管線上設置有進料泵和原料流量計，氣體進樣管線上設置有氣體流量計，單向閥和截止閥，且液體和氣體進料管線上均設置有進樣加熱器。

選用k型熱電偶分別對反應釜內的底部、中部和頂部，保溫層，反應釜與承壓釜釜體之間的氣相空間，各路管線以及以及泄放收集罐進行溫度測量，反應釜內部取3-4個溫度測量點，反應釜外保溫層取2-3個溫度測量點。

壓力傳感器設置在反應釜內部，反應釜與承壓釜釜體之間的空間以及各路管線上，反應釜內部取3-4個壓力測量點。