CN102937517B - 评估化工装置安全阀安全可靠性的模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于评估化工装置安全阀安全可靠性的模拟实验装置，其包括带有搅拌器的反应釜，在所述反应釜的顶部安装2个以上的安全阀，所述2个以上的安全阀可实现对不同起跳压力、不同泄放面积反应体系的安全阀的安全性进行验证。本发明提供的模拟实验装置通过在反应釜上不同泄放位置设置具有一定数量、不同泄放孔径的安全阀，根据实际需要，组合多种不同泄放面积的反应体系，从而对通过理论模拟公式计算得到的安全阀的泄放能力、最小泄放面积进行实验验证评估。

Description

评估化工装置安全阀安全可靠性的模拟实验装置

技术领域

本发明属于石油化工技术领域，特别涉及一种评估化工装置安全阀安全可靠性的模拟实验装置。

背景技术

为了满足生产、储存和运输化工物料的要求，工艺装置或管道均应具备一定的承压能力。通常，承压的工艺装置或管道的承压能力在设计时就已经给定，一旦流体的实际压力超过设备的承压能力，承压设备或管道就会出现形变甚至发生爆炸或破裂。

安全泄放装置作为防止设备发生超压破坏的有效措施之一，一直是进行化工装置安全设计所关注的重点。安全阀是目前石油化工领域应用最广泛的安全泄放装置之一。

目前国内外对于安全阀泄放能力、最小泄放面积的设计基本采用理论模型公式计算的方法完成，计算结果的有效性未经过实验验证，其安全可靠性得不到保证。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种用于评估化工装置安全阀安全可靠性的模拟实验装置，其通过在反应釜上不同泄放位置设置具有一定数量、不同泄放孔径的安全阀，根据实际需要，组合多种不同泄放面积的反应体系，从而对通过理论模拟公式计算得到的安全阀的泄放能力、最小泄放面积进行实验验证评估。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于评估化工装置安全阀安全可靠性的模拟实验装置，其包括带有搅拌器的反应釜，在所述反应釜的顶部安装2个以上的安全阀，所述2个以上的安全阀可实现对不同起跳压力、不同泄放面积反应体系的安全阀的安全性进行验证。

其中，每个所述安全阀上均具有泄放孔，所述安全阀的个数进一步优选为4个，4个安全阀上的泄放孔的孔径分别为18~22mm，23~27mm，38~42mm，63~67mm。

其中，在所述泄放孔上安装有流量计，测量泄放物的瞬时及累计流量。

其中，在所述反应釜的气相空间位置设置有自动点火装置，用于满足气相燃爆实验要求。

其中，在所述反应釜的顶部还安装有动压传感器和温度测量计，用于测量所述反应釜中的压力和温度。

其中，在所述反应釜的侧面安装有在线红外监测仪，实现液相反应物的浓度变化监测。

其中，在所述反应釜气相空间位置装有在线氧浓度监测仪。

本发明还提供了一种用于评估化工装置安全阀安全可靠性的模拟实验装置，其包括带有搅拌器的反应釜，在所述反应釜的顶部安装4个安全阀，

每个所述安全阀上均具有一个泄放孔，所述4个安全阀上的泄放孔的孔径分别为20mm，25mm，40mm，65mm；

在所述泄放孔上安装有流量计，测量泄放物的瞬时及累计流量；

在所述反应釜的气相空间位置设置有自动点火装置，用于满足气相燃爆实验要求；

在所述反应釜的顶部和底部分别设置一个取样口，分别用于取反应的液相产物及气相产物，以便进行成分分析；

在反应釜的顶部设置气体原料及液体原料进料口；

在所述反应釜的顶部还安装有动压传感器和温度测量计，用于测量所述反应釜中的压力和温度；

在所述反应釜的侧面安装有在线红外监测仪，实现液相反应物的浓度变化监测；

在所述反应釜气相空间位置装有在线氧浓度监测仪；

所述4个安全阀可实现对不同起跳压力、不同泄放面积反应体系的安全阀的安全性进行验证。

本发明还提供了采用上述的模拟实验装置评估化工装置安全阀安全可靠性的方法，其包括：

第一步，建立理想模型，通过公式计算得到工艺装置安全阀泄放面积的理论值；

第二步，根据理论值，选择合适的安全阀泄放孔组合；

第三步，模拟工艺条件，使反应体系超压，判断安全阀的泄放面积是否满足安全运行要求。

本发明还提供了上述模拟实验装置在石油化工安全生产中的应用。

本发明有益的技术效果在于：

本发明提供的模拟实验装置通过在反应釜上不同泄放位置设置具有一定数量、不同泄放孔径的安全阀，根据实际需要，组合多种不同泄放面积的反应体系，从而对通过理论模拟公式计算得到的安全阀的泄放能力、最小泄放面积进行实验验证评估。

附图说明

图1为本发明安全阀安全可靠性的模拟实验装置的主视图；

图2为本发明安全阀安全可靠性的模拟实验装置的俯视图。

附图标记：5-反应釜；6-搅拌器；c-第一安全阀；d-第二安全阀；f2-第三安全阀；g-第四安全阀；y-气体取样口；h-液体取样口；a-气体原料进口；b-液体原料进口；e-动压传感器e；f₁-温度测量计；v1-第一点火电极、v2-第二点火电极；l-在线氧含量监测仪；j-在线红外监测仪；m1-第一流量计、m2-第二流量计、m3-第三流量计、m4-第四流量计。

具体实施方式

本发明提供了一种用于评估化工装置安全阀安全可靠性的模拟实验装置，其包括带有搅拌器的反应釜，在所述反应釜的顶部安装2个以上的安全阀，每个所述安全阀上具有泄放孔，所述2个以上的安全阀可实现对不同起跳压力、不同泄放面积反应体系的安全阀的安全性进行验证。

所述安全阀的个数进一步优选为4个，4个安全阀上的泄放孔的孔径分别为18~22mm，23~27mm，38~42mm，63~67mm，4个安全阀上的泄放孔的孔径最优选为20mm，25mm，40mm，65mm。

在所述泄放孔上安装有流量计，测量泄放物的瞬时及累计流量。

所述泄放物就是反应失控以后由于压力升高，在安全阀起跳以后所排放出的气体、或者液体物料。

所述反应釜的上的搅拌器的搅拌速率为350转/分~450转/分，优选为400转/分。

所述反应釜的设计温度优选为280℃~320℃，进一步优选为300℃，设计压力优选为3.4MPa~3.8MPa，进一步优选为3.6MPa。

所述反应釜的容积优选为0.8m³~1.2m³，进一步优选为1m³。

所述反应釜采用夹套油浴加热，以水为介质满足加热速率1.3℃/min~1.7℃/min，进一步优选为1.5℃/min。

在所述反应釜的气相空间位置设置有自动点火装置，用于满足气相燃爆实验要求。

在所述反应釜的顶部还安装有动压传感器和温度测量计，用于测量所述反应釜中的压力和温度。

在所述反应釜的侧面安装有在线红外监测仪，实现液相反应物的浓度变化监测。

在所述反应釜气相空间位置装有在线氧浓度监测仪。

在所述反应釜的顶部和底部分别设置一个取样口，分别用于取反应的液相产物及气相产物，以便进行成分分析。

在反应釜的顶部设置气体原料及液体原料进料口。

本发明还提供了一种用于评估化工装置安全阀安全可靠性的模拟实验装置，其包括带有搅拌器的反应釜，在所述反应釜的顶部安装4个安全阀，每个所述安全阀上具有泄放孔；

所述4个安全阀上的泄放孔的孔径分别为20mm，25mm，40mm，65mm；

在所述泄放孔上安装有流量计，测量泄放物的瞬时及累计流量；

在所述反应釜的气相空间位置设置有自动点火装置，用于满足气相燃爆实验要求；

在所述反应釜的顶部和底部分别设置一个取样口，分别用于取反应的液相产物及气相产物，以便进行成分分析；

在反应釜的顶部设置气体原料及液体原料进料口；

在所述反应釜的顶部还安装有动压传感器和温度测量计，用于测量所述反应釜中的压力和温度；

在所述反应釜的侧面安装有在线红外监测仪，实现液相反应物的浓度变化监测；

在所述反应釜气相空间位置装有在线氧浓度监测仪；

所述4个安全阀可实现对不同起跳压力、不同泄放面积反应体系的安全阀的安全性进行验证。

本发明还提供了采用上述的模拟实验装置评估化工装置安全阀安全可靠性的方法，其包括：

第一步，建立理想模型，通过公式A=W/G计算得到工艺装置安全阀泄放面积的理论值，其中A表示最小泄放面积，W表示安全泄放量，G表示泄放能力；

第二步，根据理论值，选择合适的安全阀泄放孔组合；

第三步，模拟工艺条件，使反应体系超压，判断安全阀的泄放面积是否满足安全运行要求。

以下将结合附图和实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

如图1和图2所示，本发明提供的用于评估化工装置安全阀安全可靠性的模拟实验装置，其包括带有搅拌器6的反应釜5，在所述反应釜5的顶部安装4个安全阀，每个所述安全阀上具有泄放孔；第一安全阀c上的泄放孔的孔径为20mm，第二安全阀d上的泄放孔的孔径为25mm，第三安全阀f2上的泄放孔的孔径为40mm，第四安全阀g上的泄放孔的孔径为65mm；在每个泄放孔上安装有流量计，分别为第一流量计m1、第二流量计m2、第三流量计m3和第四流量计m4，测量泄放物的瞬时及累计流量；在所述反应釜5的气相空间位置设置有自动点火装置，用于满足气相燃爆实验要求，所述自动点火装置由第一电极v1和第二电极v2构成；在所述反应釜5的顶部设置一个气体取样口y，底部分别设置一个液体取样口h，分别用于取反应的液相产物及气相产物，以便进行成分分析；在反应釜5的顶部设置气体原料a及液体原料进料口b；在所述反应釜5的顶部还安装有动压传感器e和温度测量计f₁，用于测量所述反应釜中的压力和温度；在所述反应釜的侧面安装有在线红外监测仪j，实现液相反应物的浓度变化监测；在所述反应釜气相空间位置装有在线氧浓度监测仪l；所述4个安全阀可实现对不同起跳压力、不同泄放面积反应体系的安全阀的安全性进行验证。

实施例1

采用图1所示的装置针对己内酰胺工艺中氨肟化装置的物理超压安全泄放装置，进行安全可靠性评估。

我们选取反应产物中间罐的安全装置（安全阀）进行评估，

涉及物料

物料：叔丁醇、环己酮肟、环己酮、水、氨。

工艺参数

操作温度：80℃；

操作压力：0.03MPa（g）

设计温度：120℃；

气泄放设计参数如下：

进料口：250mm;

温度：83℃；

密度：856.35kg/m³

质量流率：87168.36kg/h；

动力粘度：0.35mpa.s。

气相出口：150mm；

密度：1.65kg/m³；

质量流率：1382.35kg/h；

动力粘度：0.01mpa.s。

液相出料口：200mm；

密度：863.46kg/m³;

质量流率：85786.01kg/h；

动力粘度：0.38mpa.s。

针对液位控制器失效、出料泵故障等易导致漫灌的危险场景，计算安全泄放面积过程如下：

蒸气泄放

安全泄放量通过下式计算：

W_s=2.83×10^-3·ρ·ν·d=1383.69kg/h

其中，

ρ为密度，kg/m³;

ν为流速，m/s；

d为进料管内径，mm；

安全泄放面积为：

$A=\frac{\mathrm{Ws}}{{5.25\mathrm{Kp}}_d}={1080.84\mathrm{mm}}^2$

其中，K为泄放系数，单个安全阀使用时取0.975；

Pd为泄放压力，0.25MPa（绝压）。

液体泄放

安全泄放量通过下式计算：

W_s=2.83×10^-3·ρ·ν·d2=85906.91kg/h

其中，

ρ为密度，kg/m³;

ν为流速，m/s；

d为进料管内径，mm；

安全泄放面积为：

$A=\frac{W_s}{5.1K\sqrt{\mathrm{\ρ\Δ}}p}={1362.5\mathrm{mm}}^2$

其中，K为泄放系数，单个安全阀使用时取0.975；

ρ为密度，kg/m³;

△p为安全阀前后的压力降，mPa。

故，最终将安全阀泄放面积确定为1362.5mm²。

根绝上述理论计算得到的安全泄放面积，我们在模拟装置反应釜顶部只预留泄放孔径为2cm的安全阀，得到的安全泄放面积为1256mm²，调节泄放压力到Pd，然后在工艺条件下，将反应物料依次加入反应釜，随着反应进行，反应釜内压力升高，当到达泄放压力时开始泄放，这时观察反应釜内压力缓慢升高，说明此泄放面积稍小，因此我们再增加一个泄放孔径为1cm的安全阀，得到的泄放面积为1570mm²，再次实验，发现在泄放后反应府内压力迅速变小，说明此泄放面积能够满足要求，通过以上两组实验可以初步判定通过理论值计算得到的安全泄放面积比较可靠。

所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于评估化工装置安全阀安全可靠性的模拟实验装置，其特征在于，包括：带有搅拌器的反应釜，在所述反应釜的顶部安装四个安全阀，所述四个安全阀可实现对不同起跳压力、不同泄放面积反应体系的安全阀的安全性进行验证；

每个所述安全阀上均具有泄放孔，所述四个安全阀上的泄放孔的孔径分别为20mm，25mm，40mm，65mm。

2.如权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于：在所述泄放孔上安装有流量计，测量泄放物的瞬时及累计流量。

3.如权利要求1或2所述的模拟实验装置，其特征在于：在所述反应釜的气相空间位置设置有自动点火装置，用于满足气相燃爆实验要求。

4.如权利要求1或2所述的模拟实验装置，其特征在于：在所述反应釜的顶部还安装有动压传感器和温度测量计，用于测量所述反应釜中的压力和温度。

5.如权利要求1或2所述的模拟实验装置，其特征在于：在所述反应釜的侧面安装有在线红外监测仪，实现液相反应物的浓度变化监测。

6.如权利要求1或2所述的模拟实验装置，其特征在于：在所述反应釜气相空间位置装有在线氧浓度监测仪。

7.一种用于评估化工装置安全阀安全可靠性的模拟实验装置，其特征在于，包括：带有搅拌器的反应釜，在所述反应釜的顶部安装四个安全阀，

每个所述安全阀上均具有一个泄放孔，所述四个安全阀上的泄放孔的孔径分别为20mm，25mm，40mm，65mm；

在所述泄放孔上安装有流量计，测量泄放物的瞬时及累计流量；

在所述反应釜的气相空间位置设置有自动点火装置，用于满足气相燃爆实验要求；

在所述反应釜的顶部和底部分别设置一个取样口，分别用于取反应的液相产物及气相产物，以便进行成分分析；

在反应釜的顶部设置气体原料及液体原料进料口；

在所述反应釜的顶部还安装有动压传感器和温度测量计，用于测量所述反应釜中的压力和温度；

在所述反应釜的侧面安装有在线红外监测仪，实现液相反应物的浓度变化监测；

在所述反应釜气相空间位置装有在线氧浓度监测仪；

所述四个安全阀可实现对不同起跳压力、不同泄放面积反应体系的安全阀的安全性进行验证。

8.采用权利要求1至7任一项所述的模拟实验装置评估化工装置安全阀安全可靠性的方法，其包括：

第一步，建立理想模型，通过公式计算得到工艺装置安全阀泄放面积的理论值；

第二步，根据理论值，选择合适的安全阀泄放孔组合；

第三步，模拟工艺条件，使反应体系超压，判断安全阀的泄放面积是否满足安全运行要求。