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        基于ASPEN HYSYS對(duì)LNG儲(chǔ)槽充裝率的計(jì)算

        2020-08-12 10:44:10朱滿斗
        云南化工 2020年7期
        關(guān)鍵詞:電子表格單元格混合物

        朱滿斗

        (云南先鋒化工有限公司技術(shù)部,云南 尋甸 655204)

        HYSYS軟件是世界著名油氣加工模擬軟件工程公司開(kāi)發(fā)的大型專(zhuān)家系統(tǒng)軟件。該軟件分動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩大部分。其動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)主要用于油田地面工程建設(shè)設(shè)計(jì)和石油石化煉油工程設(shè)計(jì)計(jì)算分析,并指揮原油生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)行。HYSYS可以計(jì)算物質(zhì)的許多物理性質(zhì)和傳遞性質(zhì)。對(duì)于不同的體系需選擇不同的傳遞性質(zhì)計(jì)算模型。換句話說(shuō),對(duì)于所考查的體系,傳遞性質(zhì)的計(jì)算模型必須經(jīng)過(guò)仔細(xì)篩選。例如,預(yù)測(cè)輕質(zhì)烴類(lèi)(NBP<155℃,NBP為正常沸點(diǎn))的黏度宜選擇Ely和Hanley提出的對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理法,預(yù)測(cè)重質(zhì)烴類(lèi)的黏度宜選擇Twu模型法,預(yù)測(cè)非理想化學(xué)系統(tǒng)的液體黏度宜選擇Letou-Stiel改進(jìn)方法[1-3]。

        1 LNG儲(chǔ)罐充裝率的計(jì)算依據(jù)及方法

        通過(guò)計(jì)算LNG在充裝溫度和控制溫度下的摩爾密度來(lái)?yè)Q算其充裝率(又稱(chēng)充裝系數(shù))。液體密度的計(jì)算主要有三種方法:狀態(tài)方壓縮因子法、Rackett模型法和對(duì)應(yīng)狀態(tài)液體密度法(Costald,corresponding state liquid density)。

        雖然Costald關(guān)聯(lián)式是為計(jì)算飽和液體密度開(kāi)發(fā)的,但也可以用來(lái)計(jì)算過(guò)冷液體的密度。Costald密度法可以用于預(yù)測(cè)對(duì)比溫度Tr小于1的所有系統(tǒng)的密度。當(dāng)對(duì)比溫度大于1時(shí),使用狀態(tài)方程壓縮因子法計(jì)算液體密度[4]。

        Rackett模型可以計(jì)算中低壓下石油和烴類(lèi)液體混合物密度,方程如式(1)所示。

        2 模擬計(jì)算

        目前,我公司準(zhǔn)備上一套LNG燃?xì)庵苽溲b置,用LNG代替LPG(或DME)配制氣化爐燃料氣,滿足生產(chǎn)需要,實(shí)現(xiàn)氣化爐生產(chǎn)效益的增值。

        2.1 計(jì)算方法及操作溫度的確定

        LNG主要成分為甲烷,以甲烷為代表預(yù)選物性計(jì)算方法。在組分列表critical選項(xiàng)卡可查得甲烷的臨界溫度為 -82.45℃(如圖1所示)[5]。

        由于LNG為混合物,為了精確地計(jì)算其摩爾密度,須確定混合物的臨界溫度,并選擇合適的物性計(jì)算方法。在模擬環(huán)境中,可看到混合物臨界性質(zhì),由于乙烷和乙烯的存在,LNG的臨界性質(zhì)發(fā)生了較大的變化,查得LNG臨界溫度為19.80℃。

        圖2 -1甲烷臨界性質(zhì)

        當(dāng)溫度大于-123℃時(shí)變開(kāi)始有氣相產(chǎn)生,會(huì)使儲(chǔ)罐的壓力急劇升高,因此,儲(chǔ)罐的操作溫度上限應(yīng)該選擇-124℃。

        圖2 流體包物性計(jì)算方法

        2.2 LNG密度的計(jì)算

        以100kg/h為計(jì)算基準(zhǔn),在模擬環(huán)境中添加單元模塊,從對(duì)象面板中選擇Heater向主流程圖PFD添加加熱器E-100,進(jìn)入其屬性窗口,并定義加熱器進(jìn)出口物流和能流。加熱器入口物流溫度-165℃,壓力250kPa,出口物流溫度-124℃,壓力250kPa,此時(shí),LNG的氣相分率均為零[6]。

        由于溫度升高,LNG的體積會(huì)膨脹。但是膨脹后LNG的體積不可超過(guò)儲(chǔ)罐的容積。假設(shè)在操作溫度上限值下,LNG的體積恰好達(dá)到儲(chǔ)罐的容積,由此體積可反算-165℃下LNG的體積,兩體積之比即為L(zhǎng)NG可最大占據(jù)儲(chǔ)罐的容積分?jǐn)?shù)(即充裝率),利用電子表格Spreadsheet可幫助計(jì)算。

        添加電子表格邏輯模塊,關(guān)閉加熱器屬性窗口,進(jìn)入Spreadsheet邏輯模塊,并在單元格中輸入?yún)?shù):molar density at-165℃,molar density at-124℃,Maximum fill up(體積分?jǐn)?shù)%)。將流程中的變量添加到電子表格中,右擊單元格,選擇import Variable,進(jìn)入Select Import to cell窗口,依次將兩個(gè)溫度下的摩爾密度添加到對(duì)應(yīng)的單元格中,并在Maximum fill up(體積分?jǐn)?shù)%)對(duì)應(yīng)單元格中輸入“=(B2/B1)×100”。

        -165℃下液體的LNG最多可注入到儲(chǔ)罐容積的92.13%,為了安全考慮,在設(shè)計(jì)LNG儲(chǔ)罐的時(shí)候,選擇額定充裝率為90%最為合適。同樣,對(duì)于一定溫度和壓力下的氣體,可采用狀態(tài)方程壓縮因子法或在活度系數(shù)模型下選擇合適的氣態(tài)模型計(jì)算其密度。在worksheet的condition中任意改變加熱器進(jìn)出口的物流參數(shù),Spreadsheet中的結(jié)果會(huì)跟蹤變化,較為方便。

        3 結(jié)語(yǔ)

        Aspen Hysys在物性計(jì)算領(lǐng)域起到主導(dǎo)地位,特別是對(duì)混合物的參數(shù)模擬,具有準(zhǔn)確、高效的特性,并可以實(shí)時(shí)跟蹤操作條件改變時(shí)的關(guān)鍵值變化情況,通過(guò)模擬值來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn),并對(duì)廠家的一些設(shè)備參數(shù)進(jìn)行有效驗(yàn)證。

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