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基本信息
- 項目名稱：
- 熱高分加氫空冷器流動腐蝕預(yù)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?qū)ο缶幊趟枷耄訴isual Studio可視化編程為平臺，結(jié)合MySQL數(shù)據(jù)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(biāo)參數(shù)實施報警，并為現(xiàn)場人員提供優(yōu)化操作依據(jù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 本系統(tǒng)軟件主要功能模塊包括數(shù)據(jù)采集、Aspen仿真、建模計算、實時顯示、超標(biāo)報警、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)導(dǎo)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(chǔ)工況數(shù)據(jù)及原料油、循環(huán)氫、低分干氣、低分油等化驗分析數(shù)據(jù)，獲取REAC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性。根據(jù)前期的REAC系統(tǒng)失效機理研究，并結(jié)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(biāo)，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(jié)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(biāo)報警模塊中根據(jù)失效研究確定的具體控制指標(biāo)對超標(biāo)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?qū)崟r失效信息，針對超標(biāo)參數(shù)提出相應(yīng)的優(yōu)化運行方法及工況調(diào)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(jù)，可通過數(shù)據(jù)存儲模塊記錄，并供現(xiàn)場操作人員查詢。（1）數(shù)據(jù)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(dāng)前工況的DCS數(shù)據(jù)（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(dāng)前工況的化驗分析數(shù)據(jù)（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(jù)采集的基礎(chǔ)上，利用專業(yè)的石油化工仿真軟件Aspen軟件對數(shù)據(jù)進行仿真分析，得到控制參數(shù)建模時需要的數(shù)據(jù)值，數(shù)據(jù)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(jù)、化驗分析數(shù)據(jù)、REAC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(biāo)，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(dāng)前工況的失效控制參數(shù)、DCS數(shù)據(jù)及化驗分析數(shù)據(jù)，供操作人員參考。（5）超標(biāo)報警模塊結(jié)合設(shè)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(yīng)的限定值進行比對，對超標(biāo)的參數(shù)實行聲光報警，其中聲報警采用VS內(nèi)置發(fā)聲器發(fā)出報警信號，光報警以顏色表示。（6）數(shù)據(jù)存儲模塊系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲在MySQL數(shù)據(jù)庫，并按類別將系統(tǒng)數(shù)據(jù)存于不同的數(shù)據(jù)表中，供系統(tǒng)調(diào)用。（7）數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊該模塊為工作人員提供系統(tǒng)的資料數(shù)據(jù)，它以Excel表的形式導(dǎo)出，導(dǎo)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(jù)現(xiàn)場工況的分析，由有數(shù)據(jù)修改權(quán)的操作人員對該監(jiān)管機制中的數(shù)據(jù)進行修改，修改后數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫文件中。系統(tǒng)將當(dāng)前監(jiān)管機制作為判斷當(dāng)前工況控制參數(shù)超標(biāo)與否的依據(jù)，其歷史數(shù)據(jù)則將保存到數(shù)據(jù)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(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的工作人員及其操作權(quán)限的事務(wù)。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(quán)限限制。一般操作人員不能隨意退出系統(tǒng)或?qū)κЭ刂茀?shù)進行修改。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計、發(fā)明的目的：石油化工是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，與國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展息息相關(guān)。加氫裂化是石油化工企業(yè)關(guān)鍵裝置，其中REAC系統(tǒng)腐蝕、穿孔、泄露、爆管在國內(nèi)外具有普遍性，頻繁的非計劃停工及火災(zāi)事故嚴(yán)重影響著企業(yè)的生產(chǎn)與安全。為扭轉(zhuǎn)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(dǎo)石化企業(yè)生產(chǎn)實踐。基本思路：針對REAC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(jié)合API932-B規(guī)范及失效預(yù)測方法構(gòu)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(diào)試通過后，可推廣到工程上應(yīng)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(gòu)建數(shù)理模型；3.根據(jù)構(gòu)建的流動腐蝕預(yù)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(shù)關(guān)鍵：1.熱高分加氫REAC系統(tǒng)冷卻、相變、流動及腐蝕工藝關(guān)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(yuǎn)場渦流技術(shù)驗證預(yù)測方法的正確性與適應(yīng)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(shù)指標(biāo)：使專家系統(tǒng)能有效指導(dǎo)企業(yè)的生產(chǎn)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(jīng)濟效益。
科學(xué)性、先進性
- 國內(nèi)外學(xué)者已進行了REAC系統(tǒng)流動腐蝕失效的相關(guān)研究，國外NACE、UOP、API針對REAC系統(tǒng)已經(jīng)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?qū)崟r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(jù)，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(jié)果
- 獲得省第十二屆“挑戰(zhàn)杯”中國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎。
作品所處階段
- 軟件調(diào)試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)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(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)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(yīng)的功能模塊，會彈出對應(yīng)模塊的界面，同時用戶可根據(jù)需要修改參數(shù)。作品的技術(shù)特點：能夠?qū)崿F(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?qū)崟r失效信息。作品的適應(yīng)范圍：可在中石化、中石油、中海油及國外石化公司等相關(guān)生產(chǎn)裝置的REAC系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)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(dāng)慘重。中石化曾多次組織關(guān)于加氫裂化裝置的全國性調(diào)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(guān)聯(lián)因素分析，開發(fā)實時專家診斷監(jiān)管系統(tǒng)。據(jù)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(nèi)的國內(nèi)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(jīng)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(jīng)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(shè)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(diào)節(jié)缺少科學(xué)實用的指導(dǎo)依據(jù)，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(nèi)外加氫裂化研究攻關(guān)的重點，目前主要研究解決的思路有三個： 1．REAC系統(tǒng)材質(zhì)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(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)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(yù)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(chǎn)過程有關(guān)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(nèi)外關(guān)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(yù)測的研究是提高REAC系統(tǒng)的本質(zhì)安全、減少非計劃停工的有效途徑，但必須在管束內(nèi)壁清潔、失效機理明確及定量計算可靠的基礎(chǔ)上才能實現(xiàn)。調(diào)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(chǎn)生的沖蝕，也有低負(fù)荷下堵塞、高負(fù)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(fù)雜，很多研究表明REAC系統(tǒng)的失效與其對稱布置、結(jié)構(gòu)特性及形成的多相流流場分布影響很大，對于特定材質(zhì)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(jié)構(gòu)設(shè)計是提高REAC系統(tǒng)本質(zhì)可靠性的有效途徑。同時進行失效過程包括冷卻、氨鹽結(jié)晶、多相流動、堵塞與沖蝕等過程的關(guān)聯(lián)分析，通過模擬試驗設(shè)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(zhì)安全的根本途徑。
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