专利名称：石油化工装置中紧急泄放过程的模拟实验装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及石油化工中化学反应失控紧急泄放的模拟实验装置，特别是涉及一种用于化学反应危险性评估，测试石油化工装置的安全阀、爆破片等安全泄放装置的设计和选型所需基础实验数据以及模拟发生失控反应时紧急泄放过程的模拟实验装置。
背景技术：
安全泄放是指密闭压力设备内一旦发生超压，设备的紧急泄放装置就会自动敞开，从而避免设备内部产生不可承受的爆炸压力。化学反应失控是造成设备超压的重要原因之一，若紧急泄放装置设计不合理将造成设备的超压破坏。美国紧急泄放系统设计协会 (Design Institute for Emergency Relief Systems, DIERS)在失控反应紧急泄放实验技术研究方面做了大量工作，开发出了一些实用的实验技术和方法，如VSP2 (Vent sizing package 2)实验装置可进行失控反应实验过程模拟测试，可以获得绝热实验数据，为失控反应安全泄放装置设计和选型提供基础数据。但VSP2实验装置存在耗时费力、物料剂量小、无法进行泄放全过程模拟、无法确定泄放物料特性和状态、实验功能单一等缺陷和不足。目前，国内在该技术领域的研究尚属空白。近年来，随着石化企业的快速发展和自主创新能力的提高，装置的运行环境和条件更加苛刻，对热失控反应的安全泄放技术的研究提出更高的要求，急需开发用于失控反应紧急泄放基础实验研究的多功能实验装置，进行紧急泄放过程的全流程模拟，为反应危险性评估及安全泄放装置的工程设计和选型提供有用数据。
发明内容
本发明提供一种用于失控反应时紧急泄放基础实验研究的多功能实验装置，进行紧急泄放过程的全流程模拟，为反应危险性评估及安全泄放装置的工程设计和选型提供有用数据。紧急泄放过程的模拟实验装置主要包括反应釜、承压釜、进料系统、泄放控制系统、温度控制系统、压力控制系统、泄放收集处理系统、数据采集存储系统、自动化操作控制系统和安全附属设施。反应釜10设置在承压釜11内，承压釜11釜盖采用三层结构，上层为承压钢体20， 中间层为绝热保温材料21，下层为2mm厚的钢板22，反应釜釜体与承压釜11釜体之间留有间隔，反应釜釜体与承压釜11顶盖之间密封，搅拌器轴套穿过承压釜11顶盖，对反应釜10 内的反应物料进行搅拌；泄放收集处理系统包括泄放收集罐16和紧急泄放罐6，泄放收集罐16入口处开设可视窗15，反应釜10的顶部和底部均开有泄放孔，通过管线分别与泄放收集罐16和紧急泄放罐6连接，顶部还开有多个液体进料口和气体进料口，分别通过进料管线与进料系统的原料罐1和储气罐连接，承压釜11上设有相应的开口 ；温度控制系统包括内部加热器17，外部温度跟踪加热器13和多个热电偶，内部加热器17设置在反应釜10内，反应釜10的外壁设置保温层12，保温层12外侧均勻设置外部温度跟踪加热器13，外部温度跟踪加热器13随反应釜10内反应物料的温度变化调整功率，热电偶分别对反应釜10内的底部、中部和顶部，保温层12，反应釜10与承压釜11釜体间隔，各路管线以及以及泄放收集罐16进行温度测量；压力控制系统包括设置在反应釜10内部，反应釜10与承压釜11釜体间隔，各路管线上，以及泄放收集罐16的压力传感器，还包括泄放孔的进口与出口处的压力采集点和压差传感器。安全附属设施包括承压釜11上的爆破片，以及根据反应釜10内压力变化对承压釜11进行氮气补偿和泄放的氮气管线7和真空泵8。所述反应釜10的内部容积为5L，承受最大压差为0. 5MPa，设计温度为300°C，材质为316L不锈钢，采用柱体结构设计。 内部加热器17和外部加热器13均采用电加热，反应釜10的外壁温度与反应釜10 内的温度基本同步。所述泄放孔的设计可调，能够实现泄放孔径和起跳压力的调节，其中一种泄放控制方式采用快速气动阀和不同喷嘴组合使用；另一种泄放控制方式采用安全阀或爆破片或其不同的组合形式。承压釜11的设计压力为10. OMPa，设计温度为300°C，材质为304不锈钢，采用柱体结构设计，体积为10L。所述进料系统的液体进料管线上设置有进料泵2和原料流量计3，气体进样管线5 上设置有气体流量计，单向阀和截止阀，且液体进料管线上设置有进样加热器4。选用k型热电偶对反应釜内和釜外温度进行测量，在反应釜10内部取3-4点进行温度测量，反应釜外保温层12取2-3个温度测量点。在反应釜10内部取1-2点进行压力测量，反应釜10内外压差保持在0. 5ΜΙ^之内。泄放收集罐16的体积为20L，设计压力为2. OMPa,设计温度为200°C。所述模拟实验装置还包括数据采集存储系统，包括高速摄像机，数据实时采集和存储的硬件软件，对泄放物状态及液滴大小和分布情况进行测量。所述模拟实验装置中的所有设备均采用防爆设计。本发明所设计的紧急泄放小试模拟实验装置，结构设计新颖，功能强大，实验方便，节省时间，反应物剂量大，采用压力跟踪和温度跟踪技术能较好实现绝热量热测试，具有较小的热惯性，所测实验数据可直接工程应用，可进行失控反应紧急泄放全流程模拟，可为紧急泄放物处置装置设计提供有用数据。国内没有相关技术的研究，与美国美国紧急泄放系统设计协会DIERS开发的小试实验装置VSP2相比具有实验节时省力，功能强大，反应物剂量大，热惯性小，可进行紧急泄放及泄放物收集处理全流程模拟实验和技术开发。
图1为紧急泄放模拟实验装置流程示意图；图2为紧急泄放模拟实验装置的承压釜顶盖的示意图；其中，1、原料罐，2、进料泵，3、原料流量计，4、进料加热器，5、气体进料管线，6、紧
5急泄放罐，7、氮气管线，8、真空泵，9、电磁阀组，10、反应釜，11、承压釜，12、保温层，13、外部温度跟踪加热器，14、气体流量计，15、可视窗，16、泄放收集罐，17、内部加热器，18、搅拌器轴套管，19、其他管线，20、承压钢体结构，21、绝热保温材料，22、钢板，23、密封，24、承压釜顶盖密封处
具体实施例方式本发明所述的石油化工中反应失控紧急泄放过程的模拟实验装置主要包括反应釜10、承压釜11、进料系统、泄放控制系统、温度控制系统、压力控制系统、泄放收集处理系统、数据采集存储系统、自动化操作控制系统和安全附属设施，如图1所示。(1)反应釜 10反应釜10内部容积5L，承受最大压差(正压或负压)0. 5MPa左右，设计温度 300°C，材质要求316L不锈钢。结构采用柱体结构设计。采用机械搅拌器进行搅拌。反应釜10具有内部加热器17，满足每分钟加热速率1°C以上。为了减小反应釜10 的热惯性值，反应釜釜盖采用保温隔热设计，反应釜10的侧面采用保温层12和外部加热器 13进行温度跟踪，加热功率可调，温度跟踪速率满足反应釜10的外壁温度与反应釜10内的温度基本同步，内部加热器17和外部加热器13均采用电加热。反应釜10的顶部开有2个Φ 20mm孔，采用法兰连接，与泄放收集处理系统连接。 顶部开有多个液体进料口和气体进料口，与进料系统连接。底部开有一个Φ20πιπι孔，也与泄放收集处理系统连接，用于底部泄放，以及废液和清洗液的排放。反应釜10及其各连接管线上设有多个温度和压力的传感器探头，进行温度、压力的采集。( 承压釜 11承压釜11的设计压力为10. OMPa，设计温度为300°C，材质要求304不锈钢。结构采用柱体结构设计，体积IOL左右。承压釜11的顶部装有爆破片，防止承压釜11超压。承压釜11内的压力根据反应釜10内压力变化，利用氮气补偿进行压力跟踪，内外压差保持在反应釜10所承受压力之内。(3)进料系统进料系统具有多种进料方式，包括原料罐1，与反应釜10的液体进料口连接的液体进料管线，储气罐和与反应釜10的气体进料口连接的气体进料管线5，可以进行底部或顶部等多个位置的进料。进料管线上还设置有进样加热器4，可对气态或液态物料进行温度控制和调节。同时，具有高压进样的功能，液体进料管线上设置有进料泵2和原料流量计3，气体进样管线5上设置有气体流量计，可实现反应物料的计量控制和测量，可调节进料速率， 对进料总量进行计量。其中，进料泵具有较好的抗防腐能力。气体进样管线5上还设置单向阀和截止阀，防止发生失控时，因超温超压引起物料的反串。(4)泄放控制系统具有可调的泄放口设计，可实现泄放口径和起跳压力的调节。具有多种泄放控制方式，一种方式是采用快速气动阀和不同孔板(喷嘴)组合使用；另一种是采用安全阀或爆破片或其不同组合形式进行泄放特性实验测试。泄放管线具有可视功能，可实现泄放物流动状态的观察和测试，利用高速摄像机进行泄放管内状态进行记录。采用相应测试技术，对泄放物流量和流速进行测量。在泄放孔进行压力和温度的监控，利用压差传感器对泄放孔两端的压差进行监控。(5)温度控制系统温度控制系统包括内部加热器17和外部加热器13。内部加热器17的加热速率在 rc /min以上。反应釜10外部采取玻璃棉进行保温，玻璃棉外部设置外部加热器，利用电加热进行温度跟踪。选用k型热电偶对釜内和釜外温度进行测量。在反应釜10内部设3 4点进行温度测量，反应釜外保温层12设2 3个温度测量点。外部加热器13随釜内反应液温度的变化调整功率，进行内外的温度跟踪和调节。泄放收集处理系统内设相应的温度测量点。(6)压力控制系统反应体系的压力测量选用压力传感器，由于发生失控反应时压升速率较快，因此压力传感器具有较高的响应频率。在反应釜内部设1 2点进行压力测量。承压釜11 内压力根据反应釜10内压力变化，进行氮气补偿和泄放，进行压力跟踪，内外压差保持在 0. 之内。泄放孔的进出口设有压力采集点及压差传感器。泄放收集处理系统内设有压力测量点。泄放收集处理系统设有氮气管线，进行背压控制和调节。(7)泄放收集处理系统对泄放物的量(瞬时和总量)进行定量测量。包括20L的泄放收集罐16，设计压力为2. OMPa，设计温度为200°C，还包括紧急泄放罐6。在泄放收集罐16的入口处开有可视窗15，利用高速照相机对泄放物液滴大小、分布进行记录，为泄放装置的设计提供基础数据。泄放收集罐内设置相应的温度测量点和压力测量点。泄放方式有顶部泄放和底部泄放两种泄放形式可供选择，反应釜10顶部与底部均设置与泄放收集罐16相连的泄放孔，以及与紧急泄放罐6相连的泄放孔。8.数据采集存储系统具有专业的数据采集存储设备，包括硬件和软件。可实现对温度、压力、液位、泄放量等数据实时快速采集和存储。具有高速摄像等影像记录设备，对泄放物状态及液滴大小和分布情况进行测量。为石化装置中的紧急泄放物处置装置设计提供有用数据。9.自动化操作控制系统具有专业的操作控制软件，实现系统反应进料、数据采集、泄放控制、密封性检测、 气体置换、清洗等操作的自动化控制和操作。10.安全附属设施承压釜11装有爆破片，防止设备超压。具有可燃和有毒气体报警仪，防止可燃、有毒物质发生泄漏。所有电器设备采用防爆设计。
权利要求
1.一种石油化工中失控反应紧急泄放过程的模拟实验装置，包括反应釜(10)、承压釜 (11)、进料系统、温度控制系统、压力控制系统、泄放收集处理系统、数据采集存储系统和安全附属设施，其中，反应釜(10)设置在承压釜(11)内，承压釜(11)釜盖采用三层结构，上层为承压钢体结构(20)，中间层为绝热保温材料(21)，下层为2mm厚的钢板(22)，反应釜(10)釜体与承压釜(11)釜体之间留有间隔，反应釜釜体与承压釜(11)顶盖之间密封，搅拌器轴套穿过承压釜(11)釜盖，对反应釜(10)内的反应物料进行搅拌；泄放收集处理系统包括泄放收集罐(16)和紧急泄放罐(6)，泄放收集罐(16)入口处开设可视窗(15)，反应釜(10)的顶部和底部均开有泄放孔，通过管线分别与泄放收集罐(16) 和紧急泄放罐(6)连接，还开有多个液体进料口和气体进料口，分别通过进料管线与进料系统的原料罐(1)和储气罐连接，承压釜(11)上设有相应的开口 ；温度控制系统包括内部加热器(17)，外部温度跟踪加热器(1 和多个热电偶，进行内外的温度测量和调节；压力控制系统包括设置在反应釜(10)内部，反应釜(10)与承压釜(11)釜体之间的空间，各路管线上，以及泄放收集罐(16)的压力传感器，还包括泄放孔的进口与出口处的压力采集点和压差传感器；安全附属设施包括承压釜(11)上的爆破片。
2.如权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，所述反应釜(10)的内部容积为 5L，承受最大压差为0. 5MPa，设计温度为300°C，材质为316L不锈钢，采用柱体结构设计。
3.如权利要求2所述的模拟实验装置，其特征在于，内部加热器(17)和外部温度跟踪加热器(1 均采用电加热。
4.如权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，所述泄放孔的设计可调，能够实现泄放孔径和起跳压力的调节，其中一种泄放控制方式采用快速气动阀和不同喷嘴组合使用；另一种泄放控制方式采用安全阀或爆破片或其不同的组合形式。
5.如权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，承压釜(11)的设计压力为 10. OMPa，设计温度为300°C，材质为304不锈钢，采用柱体结构设计，体积为10L。
6.如权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，所述进料系统的液体进料管线上设置有进料泵( 和原料流量计(3)，气体进样管线( 上设置有气体流量计，单向阀和截止阀，且液体进料管线上均设置有进样加热器G)。
7.如权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，选用k型热电偶对反应釜内和釜外温度进行测量，在反应釜(10)内部取3-4点进行温度测量，反应釜外保温层(1 取2-3 个温度测量点。
8.如权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，在反应釜(10)内部取1-2点进行压力测量，反应釜(10)内外压差保持在0.5MI^之内。
9.如权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，泄放收集罐(16)的体积为20L，设计压力为2. OMPa，设计温度为200°C。
10.如权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，所述模拟实验装置还包括数据采集存储系统，包括高速摄像机，数据实时采集和存储的硬件软件，对泄放物状态及液滴大小和分布情况进行测量。
11.如权利要求1-10任一所述的模拟实验装置，其特征在于，所述模拟实验装置中的所有设备均采用防爆设计。
全文摘要
本发明提供一种用于失控反应时紧急泄放基础实验研究的多功能实验装置，进行失控反应的全过程模拟，为安全泄放装置的工程设计和选型提供有用数据，为反应危险性评估提供基础数据。所述模拟实验装置主要包括反应釜、承压釜、进料系统、泄放控制系统、温度控制系统、压力控制系统、泄放收集处理系统、数据采集存储系统、自动化操作控制系统和安全附属设施。本模拟实验装置，结构设计新颖，功能强大，实验方便，节省时间，反应物剂量大，采用压力跟踪和温度跟踪技术能较好实现绝热量热测试，具有较小的热惯性，所测实验数据可直接工程应用，可进行失控反应全过程模拟，为反应危险性评估及紧急泄放装置设计提供有用数据。
文档编号B01J19/00GK102423675SQ20111031654
公开日2012年4月25日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者姜杰, 孙峰, 孟庭宇, 徐伟, 石宁, 谢传欣 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院