基本信息
- 項目名稱：
- 熱高分加氫空冷器流動腐蝕預測及專家診斷監(jiān)管系統(tǒng)研發(fā)
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 專家診斷監(jiān)管系統(tǒng)是采用面向對象編程思想，以Visual Studio可視化編程為平臺，結合MySQL數(shù)據庫軟件、Aspen石油化工仿真軟件，主要完成的功能是實時監(jiān)測高硫原油加工過程中加氫裂化REAC系統(tǒng)失效控制體系中各失效控制參數(shù)數(shù)值、對超標參數(shù)實施報警，并為現(xiàn)場人員提供優(yōu)化操作依據。
- 詳細介紹：
- 本系統(tǒng)軟件主要功能模塊包括數(shù)據采集、Aspen仿真、建模計算、實時顯示、超標報警、數(shù)據存儲、數(shù)據導出、監(jiān)管機制、用戶管理等模塊。系統(tǒng)按照一定頻率實時采集DCS控制系統(tǒng)中現(xiàn)場流量、溫度、壓力等基礎工況數(shù)據及原料油、循環(huán)氫、低分干氣、低分油等化驗分析數(shù)據，獲取REAC系統(tǒng)的結構特性。根據前期的REAC系統(tǒng)失效機理研究，并結合美國石油協(xié)會的API 932-B規(guī)范，提出了REAC系統(tǒng)失效控制體系（腐蝕因子Kp值、NH4HS濃度、流速等參數(shù)）及控制指標，運用自主研發(fā)的REAC失效研究體系，創(chuàng)新提出適用于中國鎮(zhèn)海煉化REAC系統(tǒng)的失效控制體系（包括平均流速、H2S分壓、HCl分壓、NH4Cl的Kp值；NH4HS濃度、REAC入口溫度、氯離子含量、注水量、Kp值、pH值及入口液態(tài)水百分比等），結合多相流物性的Aspen仿真，進行各控制參數(shù)的建模計算；并通過實時顯示模塊實現(xiàn)失效控制參數(shù)的實時狀態(tài)監(jiān)測；同時在超標報警模塊中根據失效研究確定的具體控制指標對超標參數(shù)進行報警，為現(xiàn)場操作人員提供實時可靠的運行工況或實時失效信息，針對超標參數(shù)提出相應的優(yōu)化運行方法及工況調整措施，實現(xiàn)實時監(jiān)管。整個運行過程的REAC系統(tǒng)運行工況歷史數(shù)據，可通過數(shù)據存儲模塊記錄，并供現(xiàn)場操作人員查詢。（1）數(shù)據采集模塊該模塊主要用于完成的功能是：從中國鎮(zhèn)海煉油廠PHD系統(tǒng)里獲取當前工況的DCS數(shù)據（包括原料油、低分氣、低分油、含硫污水的流量、溫度、壓力值，以及空冷器的溫度、壓力值等）以及從LIMS系統(tǒng)（實驗室信息管理系統(tǒng)）中獲取當前工況的化驗分析數(shù)據（包括原料油中硫含量、氮含量、氯離子含量、密度等，以及低分氣、低分油的組分，含硫污水pH值等）。（2）Aspen仿真模塊在數(shù)據采集的基礎上，利用專業(yè)的石油化工仿真軟件Aspen軟件對數(shù)據進行仿真分析，得到控制參數(shù)建模時需要的數(shù)據值，數(shù)據包括REAC入口混合物密度、REAC入口混合物流量實際值、REAC入口氣相百分比液態(tài)水量等。（3）建模計算模塊該模塊通過對DCS數(shù)據、化驗分析數(shù)據、REAC系統(tǒng)的結構特性參數(shù)的分析，運用自主研發(fā)的REAC失效研究體系及臨界指標，對失效控制參數(shù)（包括流速、H2S分壓、HCl分壓、NH4Cl的HCl分壓、NH4Cl的Kp值、NH4HS濃度、氯離子含量、REAC入口溫度、注水量、腐蝕因子Kp值、pH值、入口液態(tài)水百分比等）建模計算。（4）實時顯示模塊該模塊完成的功能是圖文并茂地實時顯示當前工況的失效控制參數(shù)、DCS數(shù)據及化驗分析數(shù)據，供操作人員參考。（5）超標報警模塊結合設定的失效控制監(jiān)管機制，將計算得到的控制參數(shù)和監(jiān)管機制中對應的限定值進行比對，對超標的參數(shù)實行聲光報警，其中聲報警采用VS內置發(fā)聲器發(fā)出報警信號，光報警以顏色表示。（6）數(shù)據存儲模塊系統(tǒng)數(shù)據存儲在MySQL數(shù)據庫，并按類別將系統(tǒng)數(shù)據存于不同的數(shù)據表中，供系統(tǒng)調用。（7）數(shù)據導出模塊該模塊為工作人員提供系統(tǒng)的資料數(shù)據，它以Excel表的形式導出，導出文件后，系統(tǒng)提示文件存儲路徑。（8）監(jiān)管機制模塊根據現(xiàn)場工況的分析，由有數(shù)據修改權的操作人員對該監(jiān)管機制中的數(shù)據進行修改，修改后數(shù)據存入數(shù)據庫文件中。系統(tǒng)將當前監(jiān)管機制作為判斷當前工況控制參數(shù)超標與否的依據，其歷史數(shù)據則將保存到數(shù)據庫中以提供操作人員修改監(jiān)管機制的相對參考。（9）用戶管理模塊該模塊負責管理系統(tǒng)的工作人員及其操作權限的事務。系統(tǒng)登錄退出和失效控制參數(shù)監(jiān)管機制修改均有權限限制。一般操作人員不能隨意退出系統(tǒng)或對失效控制參數(shù)進行修改。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 作品設計、發(fā)明的目的：石油化工是我國的支柱產業(yè)，與國民經濟持續(xù)發(fā)展息息相關。加氫裂化是石油化工企業(yè)關鍵裝置，其中REAC系統(tǒng)腐蝕、穿孔、泄露、爆管在國內外具有普遍性，頻繁的非計劃停工及火災事故嚴重影響著企業(yè)的生產與安全。為扭轉這一被動局面，通過REAC失效機理研究，致力于研發(fā)專家診斷監(jiān)管系統(tǒng)用于指導石化企業(yè)生產實踐?；舅悸罚横槍EAC的典型失效案例開展流動腐蝕機理研究，分析REAC系統(tǒng)失效工藝過程，結合API932-B規(guī)范及失效預測方法構建REAC系統(tǒng)失效控制體系，進而研發(fā)專家診斷監(jiān)管系統(tǒng)，軟件調試通過后，可推廣到工程上應用。創(chuàng)新點：1.基于流動與腐蝕的流-固耦合作用，研究加氫REAC系統(tǒng)多相流沖蝕失效機理；2.基于流動場、溫度場及濃度場的耦合作用，研究NH4HS和NH4Cl兩種銨鹽的流動沉積機理，并構建數(shù)理模型；3.根據構建的流動腐蝕預測控制體系，基于Aspen軟件的失效控制參數(shù)自主建模，實現(xiàn)流動腐蝕實時專家診斷監(jiān)管。技術關鍵：1.熱高分加氫REAC系統(tǒng)冷卻、相變、流動及腐蝕工藝關聯(lián)過程研究；2.加氫REAC系統(tǒng)NH4HS和NH4Cl的沉積模型建模方法；3.運用遠場渦流技術驗證預測方法的正確性與適應性；4.基于嵌入工藝過程仿真和DCS通信的實時專家診斷監(jiān)管系統(tǒng)。主要技術指標：使專家系統(tǒng)能有效指導企業(yè)的生產實踐，減少石化企業(yè)因加氫空冷器系統(tǒng)腐蝕泄露、穿孔爆管引發(fā)的非計劃停工次數(shù)及著火死亡等安全事故，確保REAC系統(tǒng)安全高效長周期運行，為企業(yè)帶來可觀的經濟效益。
科學性、先進性
- 國內外學者已進行了REAC系統(tǒng)流動腐蝕失效的相關研究，國外NACE、UOP、API針對REAC系統(tǒng)已經研究了三十多年，但解決加工高硫原油的加氫空冷器系統(tǒng)腐蝕的問題，目前還沒有一套絕對可靠的對策，許多裝置仍處于“等著發(fā)生泄漏”的狀態(tài)。通過對典型失效案例的解剖分析及仿真驗證，保證專家診斷監(jiān)管系統(tǒng)能夠實時監(jiān)控加氫空冷器的運行情況，實時顯示控制參數(shù)的實時值，為現(xiàn)場工作人員提供直觀數(shù)據，保證REAC系統(tǒng)安全運行，延長檢修周期，增加企業(yè)的效益。
獲獎情況及鑒定結果
- 獲得省第十二屆“挑戰(zhàn)杯”中國大學生課外學術科技作品競賽一等獎。
作品所處階段
- 軟件調試階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示、圖片、錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 使用說明：本軟件需通過輸入正確的用戶名和密碼才能進入系統(tǒng)操作主界面，點擊相應的功能模塊，會彈出對應模塊的界面，同時用戶可根據需要修改參數(shù)。作品的技術特點：能夠實現(xiàn)實時監(jiān)測REAC系統(tǒng)運行情況，為現(xiàn)場操作人員提供實時可靠的運行工況或實時失效信息。作品的適應范圍：可在中石化、中石油、中海油及國外石化公司等相關生產裝置的REAC系統(tǒng)中推廣應用。市場分析和經濟效益預測：國際上，REAC系統(tǒng)的失效至今沒能從根本上得到控制，由此造成的非計劃停工及重大事故頻繁發(fā)生，損失相當慘重。中石化曾多次組織關于加氫裂化裝置的全國性調研和REAC系統(tǒng)分析專題研討會。提出最有效的方法是針對具體裝置開展失效形式及關聯(lián)因素分析，開發(fā)實時專家診斷監(jiān)管系統(tǒng)。據統(tǒng)計，包括中石化、中海油、中石油以及外資、合資企業(yè)在內的國內石化企業(yè)各類加氫裝置200多套，加工高硫原油頻繁出現(xiàn)問題的加氫裂化裝置就有近20套，由此引發(fā)的非計劃停工等造成經濟損失巨大。因此，專家系統(tǒng)具有廣闊的市場前景。
同類課題研究水平概述
- 國外NACE、UOP、API針對REAC系統(tǒng)已經研究了三十多年，但解決加工高硫原油的加氫空冷器系統(tǒng)腐蝕的問題，目前還沒有一套絕對可靠的對策?，F(xiàn)有的設計方法、操作管理對REAC系統(tǒng)變工況運行的影響機理、損傷程度和優(yōu)化調節(jié)缺少科學實用的指導依據，許多裝置仍處于“等著發(fā)生泄漏”的狀態(tài)。 提高REAC系統(tǒng)的可靠性是國內外加氫裂化研究攻關的重點，目前主要研究解決的思路有三個： 1．REAC系統(tǒng)材質升級，由碳鋼改為Incoloy825； 2．分析失效機理、開展綜合研究、優(yōu)化結構設計、設置運行極限、加強診斷監(jiān)控、實現(xiàn)延壽運行； 3．加強在役檢驗，實現(xiàn)安全評估與壽命預測。 其中，采用Incoloy825替代碳鋼雖然能提高REAC系統(tǒng)的耐蝕性，對提高系統(tǒng)運行的安全性能起到一定作用，但材料價格昂貴（約為碳鋼價格的十倍），且如果生產過程有關操作參數(shù)得不到合理控制，還是有可能形成堵塞與沖蝕而引發(fā)REAC系統(tǒng)的失效，國內外關于Incoloy825的REAC失效報道也不少，因此，材料升級難以從根本上解決REAC系統(tǒng)的失效問題。在役檢驗、安全評估與壽命預測的研究是提高REAC系統(tǒng)的本質安全、減少非計劃停工的有效途徑，但必須在管束內壁清潔、失效機理明確及定量計算可靠的基礎上才能實現(xiàn)。調查中發(fā)現(xiàn)，REAC系統(tǒng)失效機理很多，有堵塞后形成的垢下腐蝕，有多相流動產生的沖蝕，也有低負荷下堵塞、高負荷下沖蝕等，許多REAC管束根本無法檢測。事實上REAC系統(tǒng)的失效是在運行過程形成的，失效過程十分復雜，很多研究表明REAC系統(tǒng)的失效與其對稱布置、結構特性及形成的多相流流場分布影響很大，對于特定材質的REAC系統(tǒng)，開展腐蝕與流動耦合作用的失效分析，通過實際不平衡度的定量計算及沖蝕影響研究，優(yōu)化結構設計是提高REAC系統(tǒng)本質可靠性的有效途徑。同時進行失效過程包括冷卻、氨鹽結晶、多相流動、堵塞與沖蝕等過程的關聯(lián)分析，通過模擬試驗設置操作極限、加強實時檢測監(jiān)控，避免堵塞、控制沖蝕是提高REAC系統(tǒng)本質安全的根本途徑。
