基本信息
- 项目名称：
- 热高分加氢空冷器流动腐蚀预测及专家诊断监管系统研发
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 专家诊断监管系统是采用面向对象编程思想，以Visual Studio可视化编程为平台，结合MySQL数据库软件、Aspen石油化工仿真软件，主要完成的功能是实时监测高硫原油加工过程中加氢裂化REAC系统失效控制体系中各失效控制参数数值、对超标参数实施报警，并为现场人员提供优化操作依据。
- 详细介绍：
- 本系统软件主要功能模块包括数据采集、Aspen仿真、建模计算、实时显示、超标报警、数据存储、数据导出、监管机制、用户管理等模块。系统按照一定频率实时采集DCS控制系统中现场流量、温度、压力等基础工况数据及原料油、循环氢、低分干气、低分油等化验分析数据，获取REAC系统的结构特性。根据前期的REAC系统失效机理研究，并结合美国石油协会的API 932-B规范，提出了REAC系统失效控制体系（腐蚀因子Kp值、NH4HS浓度、流速等参数）及控制指标，运用自主研发的REAC失效研究体系，创新提出适用于中国镇海炼化REAC系统的失效控制体系（包括平均流速、H2S分压、HCl分压、NH4Cl的Kp值；NH4HS浓度、REAC入口温度、氯离子含量、注水量、Kp值、pH值及入口液态水百分比等），结合多相流物性的Aspen仿真，进行各控制参数的建模计算；并通过实时显示模块实现失效控制参数的实时状态监测；同时在超标报警模块中根据失效研究确定的具体控制指标对超标参数进行报警，为现场操作人员提供实时可靠的运行工况或实时失效信息，针对超标参数提出相应的优化运行方法及工况调整措施，实现实时监管。整个运行过程的REAC系统运行工况历史数据，可通过数据存储模块记录，并供现场操作人员查询。（1）数据采集模块该模块主要用于完成的功能是：从中国镇海炼油厂PHD系统里获取当前工况的DCS数据（包括原料油、低分气、低分油、含硫污水的流量、温度、压力值，以及空冷器的温度、压力值等）以及从LIMS系统（实验室信息管理系统）中获取当前工况的化验分析数据（包括原料油中硫含量、氮含量、氯离子含量、密度等，以及低分气、低分油的组分，含硫污水pH值等）。（2）Aspen仿真模块在数据采集的基础上，利用专业的石油化工仿真软件Aspen软件对数据进行仿真分析，得到控制参数建模时需要的数据值，数据包括REAC入口混合物密度、REAC入口混合物流量实际值、REAC入口气相百分比液态水量等。（3）建模计算模块该模块通过对DCS数据、化验分析数据、REAC系统的结构特性参数的分析，运用自主研发的REAC失效研究体系及临界指标，对失效控制参数（包括流速、H2S分压、HCl分压、NH4Cl的HCl分压、NH4Cl的Kp值、NH4HS浓度、氯离子含量、REAC入口温度、注水量、腐蚀因子Kp值、pH值、入口液态水百分比等）建模计算。（4）实时显示模块该模块完成的功能是图文并茂地实时显示当前工况的失效控制参数、DCS数据及化验分析数据，供操作人员参考。（5）超标报警模块结合设定的失效控制监管机制，将计算得到的控制参数和监管机制中对应的限定值进行比对，对超标的参数实行声光报警，其中声报警采用VS内置发声器发出报警信号，光报警以颜色表示。（6）数据存储模块系统数据存储在MySQL数据库，并按类别将系统数据存于不同的数据表中，供系统调用。（7）数据导出模块该模块为工作人员提供系统的资料数据，它以Excel表的形式导出，导出文件后，系统提示文件存储路径。（8）监管机制模块根据现场工况的分析，由有数据修改权的操作人员对该监管机制中的数据进行修改，修改后数据存入数据库文件中。系统将当前监管机制作为判断当前工况控制参数超标与否的依据，其历史数据则将保存到数据库中以提供操作人员修改监管机制的相对参考。（9）用户管理模块该模块负责管理系统的工作人员及其操作权限的事务。系统登录退出和失效控制参数监管机制修改均有权限限制。一般操作人员不能随意退出系统或对失效控制参数进行修改。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的：石油化工是我国的支柱产业，与国民经济持续发展息息相关。加氢裂化是石油化工企业关键装置，其中REAC系统腐蚀、穿孔、泄露、爆管在国内外具有普遍性，频繁的非计划停工及火灾事故严重影响着企业的生产与安全。为扭转这一被动局面，通过REAC失效机理研究，致力于研发专家诊断监管系统用于指导石化企业生产实践。基本思路：针对REAC的典型失效案例开展流动腐蚀机理研究，分析REAC系统失效工艺过程，结合API932-B规范及失效预测方法构建REAC系统失效控制体系，进而研发专家诊断监管系统，软件调试通过后，可推广到工程上应用。创新点：1.基于流动与腐蚀的流-固耦合作用，研究加氢REAC系统多相流冲蚀失效机理；2.基于流动场、温度场及浓度场的耦合作用，研究NH4HS和NH4Cl两种铵盐的流动沉积机理，并构建数理模型；3.根据构建的流动腐蚀预测控制体系，基于Aspen软件的失效控制参数自主建模，实现流动腐蚀实时专家诊断监管。技术关键：1.热高分加氢REAC系统冷却、相变、流动及腐蚀工艺关联过程研究；2.加氢REAC系统NH4HS和NH4Cl的沉积模型建模方法；3.运用远场涡流技术验证预测方法的正确性与适应性；4.基于嵌入工艺过程仿真和DCS通信的实时专家诊断监管系统。主要技术指标：使专家系统能有效指导企业的生产实践，减少石化企业因加氢空冷器系统腐蚀泄露、穿孔爆管引发的非计划停工次数及着火死亡等安全事故，确保REAC系统安全高效长周期运行，为企业带来可观的经济效益。
科学性、先进性
- 国内外学者已进行了REAC系统流动腐蚀失效的相关研究，国外NACE、UOP、API针对REAC系统已经研究了三十多年，但解决加工高硫原油的加氢空冷器系统腐蚀的问题，目前还没有一套绝对可靠的对策，许多装置仍处于“等着发生泄漏”的状态。通过对典型失效案例的解剖分析及仿真验证，保证专家诊断监管系统能够实时监控加氢空冷器的运行情况，实时显示控制参数的实时值，为现场工作人员提供直观数据，保证REAC系统安全运行，延长检修周期，增加企业的效益。
获奖情况及鉴定结果
- 获得省第十二届“挑战杯”中国大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。
作品所处阶段
- 软件调试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 现场演示、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：本软件需通过输入正确的用户名和密码才能进入系统操作主界面，点击相应的功能模块，会弹出对应模块的界面，同时用户可根据需要修改参数。作品的技术特点：能够实现实时监测REAC系统运行情况，为现场操作人员提供实时可靠的运行工况或实时失效信息。作品的适应范围：可在中石化、中石油、中海油及国外石化公司等相关生产装置的REAC系统中推广应用。市场分析和经济效益预测：国际上，REAC系统的失效至今没能从根本上得到控制，由此造成的非计划停工及重大事故频繁发生，损失相当惨重。中石化曾多次组织关于加氢裂化装置的全国性调研和REAC系统分析专题研讨会。提出最有效的方法是针对具体装置开展失效形式及关联因素分析，开发实时专家诊断监管系统。据统计，包括中石化、中海油、中石油以及外资、合资企业在内的国内石化企业各类加氢装置200多套，加工高硫原油频繁出现问题的加氢裂化装置就有近20套，由此引发的非计划停工等造成经济损失巨大。因此，专家系统具有广阔的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 国外NACE、UOP、API针对REAC系统已经研究了三十多年，但解决加工高硫原油的加氢空冷器系统腐蚀的问题，目前还没有一套绝对可靠的对策。现有的设计方法、操作管理对REAC系统变工况运行的影响机理、损伤程度和优化调节缺少科学实用的指导依据，许多装置仍处于“等着发生泄漏”的状态。 提高REAC系统的可靠性是国内外加氢裂化研究攻关的重点，目前主要研究解决的思路有三个： 1．REAC系统材质升级，由碳钢改为Incoloy825； 2．分析失效机理、开展综合研究、优化结构设计、设置运行极限、加强诊断监控、实现延寿运行； 3．加强在役检验，实现安全评估与寿命预测。 其中，采用Incoloy825替代碳钢虽然能提高REAC系统的耐蚀性，对提高系统运行的安全性能起到一定作用，但材料价格昂贵（约为碳钢价格的十倍），且如果生产过程有关操作参数得不到合理控制，还是有可能形成堵塞与冲蚀而引发REAC系统的失效，国内外关于Incoloy825的REAC失效报道也不少，因此，材料升级难以从根本上解决REAC系统的失效问题。在役检验、安全评估与寿命预测的研究是提高REAC系统的本质安全、减少非计划停工的有效途径，但必须在管束内壁清洁、失效机理明确及定量计算可靠的基础上才能实现。调查中发现，REAC系统失效机理很多，有堵塞后形成的垢下腐蚀，有多相流动产生的冲蚀，也有低负荷下堵塞、高负荷下冲蚀等，许多REAC管束根本无法检测。事实上REAC系统的失效是在运行过程形成的，失效过程十分复杂，很多研究表明REAC系统的失效与其对称布置、结构特性及形成的多相流流场分布影响很大，对于特定材质的REAC系统，开展腐蚀与流动耦合作用的失效分析，通过实际不平衡度的定量计算及冲蚀影响研究，优化结构设计是提高REAC系统本质可靠性的有效途径。同时进行失效过程包括冷却、氨盐结晶、多相流动、堵塞与冲蚀等过程的关联分析，通过模拟试验设置操作极限、加强实时检测监控，避免堵塞、控制冲蚀是提高REAC系统本质安全的根本途径。
