[發(fā)明專利]外部熱量輸入導(dǎo)致容器內(nèi)氣體膨脹的模擬方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310677964.5
• 申請(qǐng)日: 2013-12-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103853875A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙寶柱;張斐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 森松(江蘇)海油工程裝備有限公司
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京一格知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11316
• 代理人: 滑春生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明針對(duì)外部恒定熱量輸入導(dǎo)致容器內(nèi)氣體熱膨脹這一工況，提出了其泄放量的計(jì)算方法。主要用于石油化工裝置安全閥的設(shè)計(jì)中，確定泄放量的大小。還適用于含復(fù)雜物系（液體混合物、氣體混合物）設(shè)備在火災(zāi)工況下的泄放量計(jì)算。

背景技術(shù)

????防止超壓，安全閥在現(xiàn)代石油化工裝置中被廣泛的應(yīng)用。引起超壓的常見(jiàn)因素有：出口堵塞、冷卻水中斷、外部火災(zāi)、液體膨脹、自控閥門失靈、換熱管斷裂等原因。當(dāng)電加熱器加熱氣體在進(jìn)出口堵塞的情況下，內(nèi)部電加熱元件繼續(xù)加熱設(shè)備內(nèi)的氣體，從而引起設(shè)備壓力持續(xù)升高，進(jìn)而損壞設(shè)備。為了保護(hù)設(shè)備，在系統(tǒng)上設(shè)置安全閥，選擇安全閥時(shí)，最關(guān)鍵的是計(jì)算出該工況下的泄放量。針對(duì)由于外部工藝恒定熱量輸入引起的氣體熱膨脹工況的泄放量，目前還沒(méi)有很好的模擬計(jì)算方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種外部恒定熱量輸入導(dǎo)致容器內(nèi)氣體熱膨脹工況的模擬方法，其特征在于：利用Aspen?Hysys?靜態(tài)模擬軟件，將容器內(nèi)靜態(tài)的氣體體積大小等效為氣體的流量大小，將外部熱量輸入值等效為熱功率，也就是在HYSYS模擬中時(shí)間單位在輸入和輸出的結(jié)果中將被忽略；然后進(jìn)行以下步驟：

1）將氣體的組成和操作溫度、壓力輸入到HSYSY的物流1中，然后計(jì)算出受熱容器內(nèi)氣體的體積，將其數(shù)值等效看作物流1的體積流量并輸入；

2）把受熱容器內(nèi)氣體加熱到安全閥設(shè)定壓力(物流2)下，過(guò)程中所需要的熱量Q1由HYSYS模擬完成；

3）把受熱容器內(nèi)氣體加熱到安全閥泄放壓力(物流3)下，過(guò)程中所需要的熱量Q2由HYSYS模擬完成；

4）到達(dá)泄放壓力后，進(jìn)一步的熱量輸入將導(dǎo)致安全閥的泄放，熱量的輸入值為外部恒定功率熱量值與固定時(shí)間間隔（t）的乘積，將乘積值Q3手動(dòng)輸入到HSYSY中，在此固定時(shí)間間隔中的泄放量等于物流4與物流5流量的差值，物流5要返回受熱容器內(nèi)，來(lái)保證受熱容器內(nèi)物流體積恒定，從而得到了t時(shí)間間隔內(nèi)的泄放量(物流6的體積)；

5）重復(fù)步驟4，得到n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的泄放量，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以泄放量為縱坐標(biāo)作圖，得到峰值點(diǎn)。

此方法同樣適用于液體混合物、氣體混合物的壓力容器安全閥泄放過(guò)程，對(duì)于容器內(nèi)的蒸汽和液體組成是變化的，溫度和潛熱值也是變化的，蒸汽的泄放的最大量不僅取決于吸熱率，也取決于容器內(nèi)各組分的實(shí)際組成。本設(shè)計(jì)計(jì)算方法，采用Aspen?HYSYS流程模擬軟件結(jié)合繪圖的方法繪制出泄放量隨時(shí)間的變化曲線，從而得到峰值。

本發(fā)明其特點(diǎn)在于：利用Aspen?Hysys靜態(tài)軟件模擬安全閥泄放動(dòng)態(tài)過(guò)程，通過(guò)建立泄放量與時(shí)間的模型從而得到峰值，提出了氣體熱膨脹工況新的計(jì)算方法，簡(jiǎn)單實(shí)用，滿足了工程設(shè)計(jì)的需要。

附圖說(shuō)明

圖1是發(fā)明實(shí)例所采用的HYSYS軟件模擬流程圖；

圖2是利用本明發(fā)得到的時(shí)間與泄放量的關(guān)系曲線。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1和圖2，本發(fā)明依據(jù)的原理是：HYSYS是一個(gè)流程模擬，利用靜態(tài)過(guò)程把容器內(nèi)的氣體體積大小等效的為氣體的流量大小(即1?m3大小的物流體積等效為物流體積流量1?m3/h)，外部熱量輸入值等效為熱功率(即熱量1?kJ?等效為功率1kJ/h)，也就是在HYSYS模擬中時(shí)間單位在輸入和輸出的結(jié)果中將被忽略。

氣體的受熱膨脹將用HYSYS以下列步驟進(jìn)行模擬（參見(jiàn)圖1）：?1號(hào)物流（即標(biāo)記1，下同）代表一定容積的容器內(nèi)氣體在操作工況下的狀態(tài)，2號(hào)物流代表經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，熱量Q1吸入后，容器內(nèi)氣體在安全閥開(kāi)啟時(shí)的狀態(tài)，3號(hào)物流代表經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，熱量Q2吸入后，容器內(nèi)氣體在安全閥完全開(kāi)啟時(shí)的狀態(tài)，物流4代表吸入熱量Q3后，容器內(nèi)氣體和安全閥泄放氣體的總量，物流5代表吸入熱量Q3后，容器內(nèi)氣體的總量，物流6代表吸入熱量Q3后，安全閥泄放氣體的總量，物流7代表吸入熱量Q3并泄放出物流6后，容器內(nèi)的液體狀態(tài)，以后重復(fù)上述步驟。詳細(xì)說(shuō)明如下：

1）將氣體的組成和操作溫度、壓力輸入到HSYSY的物流1中，然后計(jì)算出受熱容器內(nèi)氣體的體積，將其數(shù)值等效看作物流1的體積流量并輸入；

2）把受熱容器內(nèi)氣體加熱到安全閥設(shè)定壓力(物流2)下，過(guò)程中所需要的熱量Q1由HYSYS模擬完成；

3）把受熱容器內(nèi)氣體加熱到安全閥泄放壓力(物流3)下，過(guò)程中所需要的熱量Q2由HYSYS模擬完成；