排放管制的动态模拟

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现有的减压和火炬系统的能力有时会在设备升级和扩展、增加新的工艺单元或将大气通风口重新路由到现有的火炬系统之后受到挑战。众所周知，传统的减压负荷估计方法过于保守，可能导致火炬系统的过度设计，或确定这种工厂升级现在需要扩大火炬容量。

在处理这些情况时，动态模拟已成为一种公认的方法，当传统的保守方法表明现有耀光已达到或超过容量时，可以更准确地确定缓解负荷。Depew和dresing使用动态模拟代替传统方法，报告了峰值缓解负荷的显著降低。然而，动态模拟的减少有时仍不足以抵消装置升级所增加的耀斑容量要求。

API 521和AMSE Section VII Code Case 2211-1提供了减压装置的替代方案，其中安全仪表系统(SIS)可用于防止过压。传统的减压装置通过控制去除引起超压的内容物来实现压力保护，而SIS方法的重点是去除引起超压的原因本身。由于这种类型应用中的SIS在发生故障时涉及重大风险，因此它必须具有高完整性，因此通常被称为高完整性保护系统(HIPS)。安装HIPS可以节省大量资金，因为即使在动态模拟模型表明需要额外的照明弹容量时，也不需要对现有的溢流/照明弹系统进行昂贵的升级。

该模型是使用英维思的Dynsim软件开发的。两座塔上的减压装置排放到一个共同的照明弹头。

为了说明HIPS的好处，本文详细介绍了一个评估集成除异丁烷和除丁烷的峰值缓解率的项目，考虑到:

• 传统的不平衡热负荷方法;

• 严格的动态模拟遵循API 521实践;而且

• 考虑再锅炉蒸汽HIPS的严格动态模拟。

这种类型的分析显示了不同的方法如何相互补充，以及如何使用模型来确定HIPS系统的适当设定点，以避免工厂的麻烦跳闸，同时确保显著减少缓解负荷。这些信息可以用来比较安装和维护HIPS与扩展耀斑系统的成本。这样的决定还需要考虑到公众和监管机构日益增长的要求，以减少由于空气质量和全球变暖引起的燃除。

动态模拟

在过去的十年中，动态模拟已经成为一种成熟的和被推荐的验证化工过程设计的方法。在最近关于复杂精馏塔减压系统的设计以及压缩机和其他控制系统的评估的文献中，引用了它的优点。福利包括:

• 柱压降率的计算精度更高;

• 控制最佳工厂性能的验证;

• 工厂调试前正常启动/关闭程序的优化;而且

• 验证异常情况下的操作策略，如紧急停机或跳闸。

动态模拟可用于建立HIPS的有效性，以保护设备并降低超出其设计极限的工艺风险。由于HIPS的运行接近工艺的临界极限，其完整性对工厂的安全运行至关重要，因此在工厂上测试它可能涉及很大的风险。通过在计算机上安全地模拟HIPS的行为，动态仿真研究可以有效地帮助验证HIPS的有效性。

该图显示了峰值缓解负荷随HIPS设定点的非线性变化。在这种特殊情况下，动态仿真模型被配置为重复运行治理场景，并更改设定点，以获得设定点的最佳值。

峰值缓解负荷计算

动态模拟对HIPS的分析可以进一步扩展到对燃烧加热器、再锅炉和熔炉的HIPS的评估，在这些设备中残余热容的影响可以建模，以研究它们对火炬负载的影响。它还可以用来理解极放热反应堆的行为，在这些反应堆中，更快的压力和温度瞬变变得至关重要，而传统的减压装置可能无法正常工作。

本文中详细介绍的应用涉及使用动态模拟研究来预测炼油厂烷基化装置中集成的去异丁烷塔和脱丁烷塔的释放负荷，没有任何安全仪器，并且在塔内压力达到预先确定的设定值时，HIPS会切断对塔内再锅炉的蒸汽供应。

去异丁烷塔和脱丁烷塔各生产一种蒸馏物和一种底产物，每座塔的顶部蒸汽通过一个鼓式顶部系统，每座塔都有一个热虹吸蒸汽加热再锅炉。每个塔上的冷凝作用是由冷水提供的。去异丁烷的液体进料主要由丁烷、丁烷和重烷组成，而蒸汽进料是丁烷和丁烷的混合物。去丁烷器的进料是去异丁烷器的底部。这种流动是压力驱动的，因为去异丁烷分离器在更高的压力和海拔下工作。

在动态仿真模型上测试了两种情况，以估计峰值缓解负荷:

1. 全电源故障:导致进料跳闸，电动泵跳闸和冷凝负荷损失。然而，再锅炉的蒸汽供应被认为是继续的。

2. 冷却水损失:在保持进入塔和蒸汽到再锅炉的过程中，导致冷凝任务损失。

根据API 521的建议，模拟模型在扰动开始后运行30分钟。如“动态模拟研究结果”图表所示，由严格的动态模拟确定的总峰值缓解率比使用传统不平衡热负荷计算估算的值低20%。结果还表明，HIPS系统大大降低了这些塔的峰值卸除负荷，甚至消除了脱异丁烷的卸除负荷。

HIPS设定点的确定也是交付给客户的解决方案的重要组成部分。设置过高可能会导致缓解负荷没有显著减少;设置过低可能会导致再锅炉在有正常干扰的情况下发生故障的几率增加。两个塔对改变HIPS设定点的综合缓解率的响应不是一个容易解决的线性问题。

结果

这项工作对于帮助工厂管理层消除对该装置的耀斑管道网络进行昂贵的重新设计的需要至关重要。动态模拟还可以用于模拟更复杂和集成的处理单元，以确定多个HIPS的最佳配置，用于安全关闭系统或减轻压力负荷。

动态仿真模型也被有效地用于确定HIPS在这个相当简单的单元上的最佳设定点。对于设备和单元相互作用的更复杂的集成处理单元，确定最佳HIPS设定点可能是一个困难的挑战。在这种情况下，可以使用过程的动态建模和仔细的灵敏度分析来帮助做出这种决定。

同样值得注意的是，决定继续使用安全仪表系统需要仔细检查适用的法规和标准。这些可能包括当地机构的规定和保险公司的要求。

动态仿真研究结果

	冷却水故障			全电源故障
	传统的方法	动态模拟	HIPS动态仿真	传统的方法	动态模拟	HIPS动态仿真
De-isobutanizer	519860年	431380年	0	386956年	37720年	0
De-butanizer	114080年	76475年	24350年	207000年	9875年	0
本表中显示的峰值流量以kg/hr计算。

作者信息

Abhilash Nair是英维思运营管理公司的首席顾问，Ian Willetts是流程建模和仿真总监。

艾伦·韦德，英国牛津大学工程科学系教员。

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