应用于加氢空冷器铵盐流动沉积测试的高压视镜

摘要

本发明公开了一种应用于加氢空冷器铵盐流动沉积测试的高压视镜。开有水平中心孔的高压视镜支撑架对应面，分别焊接进口直管段、出口直管段和法兰；支撑架上面和另一侧面中心分别开与光源孔和光学放大系统视孔，并与水平中心孔相贯通；开有光源孔的支撑架上面与开有中心孔的光源支撑架间安装玻璃平面镜，开有光学放大系统视孔的支撑架侧面与开有中心孔的光学放大系统支撑架间从内到外依次安装圆柱玻璃平面镜和玻璃平面镜；安装有物镜的光学放大系统一端通过调节机构固定在光学放大系统支撑架上，另一端经CCD镜头与图像采集系统相联。本发明适用于工业实际环境，实现不同温度、不同压力、不同流量等运行工况下铵盐的沉积临界特性测试。

说明书

技术领域

本发明涉及铵盐沉积测试系统，具体地说是涉及一种应用于加氢空冷器铵盐流动沉积测试的高压视镜。

背景技术

石化工业作为我国国民经济发展的重要组成部分，是促进我国经济持续发展的重要保障。随着我国国民经济的高速增长，国内油品供应量不足的问题日益严峻。因此，许多炼油企业自上世纪末期便纷纷开展了炼油装置的高硫扩能改造，在加工高硫高酸劣质原油的工艺过程中，加氢裂化反应流出物空冷器（Reactor Effluent Air Coolers, 简称REAC）及其相联管道的腐蚀泄漏一直是影响装置长周期运行的主要障碍。三十多年来，包括NACE、UOP和API等先后经过大量调研，分析了REAC系统的失效影响因素，提出建立以介质流速、腐蚀因子Kp值、NH₄HS浓度为主体的失效控制体系，一定程度上降低了加氢REAC系统的风险概率。由于上述研究成果多为大量的失效调研案例统计分析，在应用过程中存在一定的局限性，特别是进入新世纪以来，随着装置大型化、原料油劣质化、运行工况苛刻化的发展，许多新装置尽管严格按照上述标准进行设计，但仍然出现了多起管束腐蚀泄漏事故，酿成了严重的经济损失。

已有的研究成果表明，目前加氢REAC系统的失效形式主要分为多相流冲蚀、铵盐结晶沉积垢下腐蚀、铵盐结晶沉积堵塞管束引起的局部冲蚀等三大类。其中对于铵盐结晶沉积引起的垢下腐蚀和堵塞后的局部冲蚀机理，可表述为：实际的原料油富含硫和氮的化合物和少量氯化物，经加氢反应后生成H₂S、HCl和NH₃，进而生成铵盐NH₄HS和NH₄Cl。含有上述腐蚀性介质的反应流出物在冷却过程中存在着复杂的相变，其中铵盐NH₄HS和NH₄Cl会直接由气相冷凝成固态晶体，在缺少液态水的情况下会迅速堵塞REAC管束。为防止铵盐堵塞，通常在加氢REAC上游注水，虽然注水能有效防止堵塞，但也会形成高腐蚀性的铵盐水溶液，流速过低，铵盐堵塞管束引起垢下腐蚀，流速过快，则易引发多相流冲蚀。针对目前国内外REAC系统频繁发生的管束铵盐沉积引起的腐蚀泄漏问题，包括国外NACE、UOP、API等也只能凭经验分析提出防止铵盐沉积的措施，具体涉及到铵盐的沉积位置、沉积量、沉积工况等，仍缺少切实有效的沉积预测手段。

为了研究多相流易结晶组分的的沉积问题，国内外一些科研院所及大专院校设计了多种多相流沉积试验装置，但其大部分是针对泥沙流动等进行沉积测试，且试验条件与工程实际差别很大，难以借鉴实现加氢REAC系统铵盐沉积的临界特性，故本文提出设计一种应用于现场加氢空冷器铵盐流动沉积测试的高压视镜，结合已有的空冷器系统铵盐沉积实验测试系统实现不同流量、不同温度、不同压力等运行工况下的NH₄HS和NH₄Cl沉积临界特性，为加氢REAC系统的优化设计、优化操作和优化运行提供科学指导。

发明内容

针对国内外多相流沉积实验装置存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于加氢空冷器铵盐流动沉积测试的高压视镜，适用于加氢空冷器NH₄HS和NH₄Cl两种铵盐的结晶沉积临界特性测试。该高压视镜可针对加氢裂化工业环境中的实际工况，实时监测上述两种铵盐的结晶沉积临界特性。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

开有水平中心孔的方形高压视镜支撑架对应的两侧面，分别焊接进口直管段和出口直管段，进口直管段与进口法兰连接，出口直管段与出口法兰连接；高压视镜支撑架上面和不安装进口直管段和出口直管段的一侧面中心分别开与水平中心孔直径相同的光源孔和光学放大系统视孔，并与水平中心孔相贯通；开有光源孔的高压视镜支撑架上面与开有中心孔的光源支撑架间安装第一玻璃平面镜后，通过紧固螺栓紧固，开有光学放大系统视孔的高压视镜支撑架侧面与开有中心孔的光学放大系统支撑架间从内到外依次安装圆柱玻璃平面镜和第二玻璃平面镜后通过紧固螺栓紧固；安装有物镜的光学放大系统一端通过调节螺母、弹簧垫片固定在光学放大系统支撑架上，另一端与CCD镜头相联，CCD镜头通过基带同轴电缆与图像采集系统相联。

所述的圆柱玻璃平面镜其不与第二玻璃平面镜相联的侧面凸出高压视镜支撑架中心水平孔直径的1/3。

所述的高压视镜支撑架水平中心孔、光源孔和光学放大系统视孔孔径相同。

本发明具有的有益效果是：

本发明采用CCD探头可以实时通过图像采集系统观测NH₄HS和NH₄Cl两种铵盐的结晶沉积过程。本发明提出的高压视镜监测方案适用于工业实际环境，可实现不同温度、不同压力、不同流量等运行工况下铵盐的沉积临界特性测试。设计的高压视镜对于开展REAC系统管束失效分析、优化设计、风险检验和寿命评估等设备安全保障技术研究具有重要意义。另外，本发明结构简单，除适用于石化工业管束类设备外，还可广泛应用于煤化工领域的腐蚀性多相流沉积临界特性测试。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中A的放大图。

图中：1、出口直管段，2、出口法兰，3、光学放大系统支撑架，4、光源孔，5、光源支撑架，6、进口法兰，7、进口直管段，8、紧固螺栓，9、光学放大系统视孔，10、高压视镜支撑架，11、第一玻璃平面镜，12、第二玻璃平面镜，13、圆柱玻璃平面镜，14、弹簧垫片，15、光学放大系统，16、CCD镜头，17、物镜，18、调节螺母。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，本发明包括出口直管段1、出口法兰2、光学放大系统支撑架3、光源孔4、光源支撑架5、进口法兰6、进口直管段7、紧固螺栓8和光学放大系统视孔9；其中，开有水平中心孔的方形高压视镜支撑架10对应的两侧面分别焊接进口直管段7和出口直管段1，进口直管段7与进口法兰6连接，出口直管段1与出口法兰2连接；高压视镜支撑架10上面和不安装进口直管段7和出口直管段1的一侧面中心分别开与水平中心孔直径相同的光源孔4和光学放大系统视孔9，并与高压视镜支撑架10水平中心孔相贯通；开有光源孔4的高压视镜支撑架10上面与开有中心孔的光源支撑架5间安装第一玻璃平面镜11后，通过紧固螺栓紧固，开有光学放大系统视孔9的高压视镜支撑架10侧面与开有中心孔的光学放大系统支撑架3间从内到外依次安装圆柱玻璃平面镜13和第二玻璃平面镜12后通过紧固螺栓紧固；安装有物镜17的光学放大系统15一端通过调节螺母18、弹簧垫片14固定在光学放大系统支撑架3上，另一端与CCD镜头16相联，CCD镜头通过基带同轴电缆与图像采集系统相联。圆柱玻璃平面镜13与第二玻璃平面镜12之间通过固体胶粘结连接，圆柱玻璃平面镜13其不与第二玻璃平面镜相联的侧面须凸出高压视镜支撑架10水平中心孔直径的1/3。安装完毕后的高压视镜，其光学放大系统视孔9的出口安装形式为垂直向下安装。

本发明的具体工作过程：

反应流出物多相流介质经进口法兰6、进口直管段7流至高压视镜支撑架10水平中心孔进口，水平中心孔出口经出口直管段1流至出口法兰2。实验过程中，在光源孔4内安装光源可以照射至高压视镜支撑架水平中心孔，用以辅助CCD镜头6图像采集；由于光学放大系统视孔9出口安装形式为垂直向下安装，为了保证流体流动过程中介质不在圆柱玻璃平面镜13顶部与高压视镜支撑架10水平中心孔之间的空隙内形成积液，以免影响光源的照射效果及图像拍摄效果，故要求圆柱玻璃平面镜13顶部要高出高压视镜支撑架10水平中心孔直径的1/3。鉴于光学放大系统支撑架3为垂直向下的结构，光学放大系统15的物镜17刚好可以观测到高压视镜支撑架10水平中心孔顶部，若图像采集过程中图像不清晰则可通过调节螺母18和弹簧垫片14调节物镜17的焦距。由于反应流出物为油、气、水三相组成，在流动过程中油、气、水三相由于密度不同会发生分层现象，管道顶部气相较多，根据NH₄HS和NH₄Cl的流动沉积机理，两种铵盐从气相冷凝过程中会直接析出晶体并附着在水平中心孔顶部，故可以通过光学放大系统15，经物镜、CCD镜头等将管道顶部沉积的铵盐颗粒放大50~100倍，并通过基带同轴电缆输出模拟信号，经A/D转换后转变为数字信号与图像采集系统（工控机）相联；在改变压力、流量和温度的过程中，可实现不同实验工况下NH₄HS和NH₄Cl两种铵盐流动沉积的临界特性测试，并可绘制出在单独改变压力、流量或温度的过程中铵盐的流动沉积曲线。