HYSYS软件在锅炉房系统设计中的应用

2012-10-23李尹建陈玉梅

天然气与石油 2012年6期

李尹建陈玉梅

中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川成都 610041

0 前言

在传统锅炉房设计中，工程师在工艺设计前需经过大量的计算，以确定各个设备及工艺状态的合理性。而这一系列繁琐的计算，往往随着假设的工艺参数不同而异。

HYSYS软件是主要用在化工系统方面的流程模拟软件，可以让系统工程师准确建模并分析每个系统的运行状态。利用HYSYS软件建模，可简化计算，利用模块化模型，可计算出相关参数，特别是在凝结水回收及二次蒸汽利用系统中，可以更准确地观察各点的运行状态，让存在的问题更容易在设计过程中被发现。

1 传统锅炉房计算

某项目油气处理厂锅炉房设计工艺资料见表1。

表1 某项目油气处理厂锅炉房设计工艺资料

根据蒸汽锅炉汽水流程，本着充分利用二次蒸汽、节约能源的原则，选择图1所示流程作为锅炉房汽水流程。

在传统锅炉房计算方法中，根据基本参数简化基本工艺模型，依据物质质量守恒和能量守恒原则，列出相关质量平衡方程和能量平衡方程［1］。

图1 锅炉房汽水流程

图2 锅炉房工艺过程简化模型

图3 完善后锅炉房工艺过程简化模型

由于是工程计算，需对整个工艺过程进行简化、建模。锅炉房工艺过程简化模型见图2。这是一个最基本模型，而非锅炉供热系统的全部工艺过程，但模型可基本满足工程对各种设备的选型和工艺设计需要。

根据该模型，建立相应的质量平衡方程和能量平衡方程：

由以上方程组可知，由于补水量和闪蒸量是未知量，即在锅炉房计算中需要求的量，要计算出这两个值，在传统的计算方法中需做以下几步［2～3］：

a）查询闪蒸汽焓、凝结水焓、补水焓、给水焓等参数；

b）进行当前状态下的计算；

c）在设计过程中，工艺状态并非一次就能确定，而是在计算多个状态后得出最佳值，因此要根据各个点不同的状态重复进行步骤a）和b）。

由上可知，传统锅炉房设计计算是复杂的过程。且该模型还是简化模型，和真实的锅炉房工艺运行模型有一定差距，会导致在工程投入运行后，某些参数和设计时有差异。这些差异很可能在某些情况下被放大，威胁到锅炉房运行安全。

需建立一个更完善的模型，让设计计算在条件可能的情况下与真实运行工况保持一致。可引入除氧器、锅炉部分的蒸汽产量和连续排污量及其闪蒸汽，建立的模型见图3。

若要建立该模型的方程，则更为复杂，涉及参数过多，在求解过程中容易出错。一旦某个参数发生变化（如最常见的饱和蒸汽量或者凝结水回收量等），所有的计算则需重做。因此，在锅炉房设计计算中，亟待一种更简单、更科学的计算方法［4～5］。

2 HYSYS软件建模计算

2.1 模型建立

选择H2O为基准物质，PR（Peng-Robinson）方程作为计算各点参数的基准方程。在HYSYS软件中，提供了各个工艺设备，这些工艺设备是组成模型的基本单位［6］。利用这些设备模型，可组成相关的工艺过程模型，根据锅炉房工艺模型，建立HYSYS模型，见图4。

图4 HYSYS模型

2.2 系统模拟

建模后应根据锅炉房设计的参数设定边界条件。边界条件包括锅炉给水量参数、凝结水回收量参数、此时假设的凝结水罐参数以及除氧器参数。输入后，可在模型中查看到每个工艺管道上的数据，包括流量、温度、压力等等，见表 2～7。

表2 除盐水补充量

表3 除氧水补充量

表4 闪蒸汽产量

表5 冷却器冷却循环水供水量

表6 冷却器冷却循环水回水量

表7 除氧器用热量

2.3 模型分析

模型给定凝结水回水压力0.25MPa，二次蒸汽产生压力0.1MPa，锅炉给水压力0.1MPa，凝结水回收量及锅炉给水量，可算出二次蒸汽产量为19 600 kg/h，除氧器无法消耗如此多的热量，因此，二次蒸汽需冷却。冷却二次蒸汽用循环水进水温度32℃，出水温度40℃，可得出循环水用量为517 900 kg/h，经过冷却后的除氧器用汽为不饱和状态，其汽水比为0.610 5。除盐水补充量为69 300 kg/h。由以上数据知，如果在冷却后不采取任何措施，冷却后的二次蒸汽为气液混合态，汽水比为0.610 5，极易造成管道的水击。因此必须在冷却后采取一定措施，保证冷却后管道内为液相，避免水击现象。此现象在传统的锅炉房设计计算中往往被忽视，但在HYSYS模型中却能清楚看到此现象的存在，因此在设计过程中就能采取措施，解决问题。