2024年1月10日发(作者：)
基于 ASPEN HYSYS对蒸汽管网动态模拟分析
张亮
【摘 要】以大型化工项目蒸汽系统的设计为例，介绍了煤化工项目中蒸汽系统的重要性，利用ASPEN HYSYS 软件对超高压、高压和低压蒸汽管网的意外停车等工况进行动态模拟，分析当前设计的合理性，优化控制器的整定参数，为设计改进提供合理的动态数据。%Taking the design of steam system in the large-sized chemical project as an example, author has introduced the
importance of steam system in the chemical project of coal, dynamic
simulation has been made for working conditions of the unexpected shut-down and so on of super high pressure, high pressure and low pressure
steam pipeline nets, using the ASPEN HYSYS software;author has analyzed
the reasonability of present design, has opti-mized the setting parameters
of the controller, so it provided the rational and dynamic data for
improving the design.
【期刊名称】《化肥设计》
【年(卷),期】2015(000)001
【总页数】3页(P5-7)
【关键词】ASPEN HYSYS;蒸汽管网;动态模拟;工艺流程
【作 者】张亮
【作者单位】中国五环工程有限公司，湖北武汉 430223
【正文语种】中 文
【中图分类】TP393.03
doi:10.3969/.1004-8901.2015.01.002
蒸汽作为主要的能源和辅助工艺物料，在化工企业中被广泛应用。随着国家大力发展大型煤化工项目，蒸汽系统的规模也日趋庞大、复杂。蒸汽管网安全阀和放空阀的合理设置，对维持蒸汽管网的稳定起着至关重要的作用[1]。
随着计算机和信息技术的广泛应用，利用ASPEN HYSYS建立蒸汽管网系统，并进行动态模拟分析，以达到合理设计企业蒸汽系统、最大限度地利用能源的目的[3]。
本文以某大型化工项目蒸汽系统为研究对象，利用ASPEN HYSYS软件对蒸汽系统流程进行模拟，研究蒸汽管网放空阀启动、蒸汽管网带的汽轮机跳车等因素对蒸汽管网稳定性的影响[4]。建立的模型可以很快地计算出所需其他参数，在此基础上可对蒸汽系统进行参数优化，为其他项目的蒸汽系统设计提供参考。
在ASPEN HYSYS软件平台的基础上，应用ASME Steam物性表，根据全厂蒸汽系统流程图，对蒸汽系统建立流程模拟模型。
2.1 模拟条件与合理简化
(1)废锅汽包压力为11.8MPa(g)，饱和蒸汽温度为324℃，经过2个过热器后减压到10.8MPa(g)，后进入减压调温装置，温度始终控制在515℃。
(2)低压管网稳定为0.34 MPa(g)。
(3)去UreaHydradyzer装置和Reform装置的压力都为3.55 MPa(g)。
(4)KT04421、BT04201，PT29201A、PT29201C、PT29201D、KT06101功率保持不变。
(5)辅锅的压力稳定在3.9 MPa(g)。
(6)保持去UreaHydradyzer装置和Reform装置的蒸汽流量稳定。____
(7)不考虑管道热损失。(8)整个系统为压力驱动。
2.2 工艺模拟的基本设定
(1)EHS的分程控制器29PICA3001分程控制器的流量分别为0 t/h，100 t/h，100+80 t/h和100 +80+100 t/h。
(2)进入3个减压调温器的蒸汽压力稳定在10.8 MPa(g)，EHS超高压蒸汽在100%负荷下经过减压调温装置后其温度控制在380℃(不考虑热损)，减压后的压力为3.9 MPa(g)。
(3)其他工艺单元的参数设置均按照PID中提供的信息来设定参数。
3.1 工况1
当KT04441的压缩机在100%负荷工况下停车后，由于联锁，U29302快开阀打开，根据分程调节，29PICA3001调节U29301B提供不足的流量。
模拟中，t=10min时KT04441的压缩机停车，KT04441吸入流量突然减为0。
3.1.1 EHS模拟分析
模拟中，KT04441的压缩机停车，KT04441吸入流量突然减为0后，EHS
HEADER的管道流量突然减小，故而管道阻力减少导致进入减压调温装置的压力上升。图1为EHS-HEADER超高压蒸汽入口管线温度、压力、流量的变化情况。模拟结果如下。
(1)压力迅速升高，最高压力上升至10.96 MPa (g)，然后随着EHS流量的增加逐步降低到设定值10.8 MPa(g)。
(2)流量是迅速降低，最低降低到约146.0 t/h，这个值是KT04441入口前的液压快关阀和连锁的快开阀29PV302共同作用后得到的结果；随着减压降温单元的打开，EHS HEADER的流量最后稳定在249.3 t。
(3)由于EHS HEADER前面的过热器的调节作用，可以基本保证进入我们所研究系
统的EHS温度维持在设定温度515℃。
3.1.2 减压降温单元模拟分析
3.1.2.1 U29302分析
下面来分析减温减压阀U29302出口的蒸汽状态变化，减温减压阀U29302出口的温度、压力、流量的波动情况见图2。U29302不同整定参数下的管线温度、压力、流量变化情况见图3。
U29302中29PV3002为快开阀，而29TV3002为等百分比调节阀，模拟发现:①从29PV3002减压后的温度在急剧上升到480.6℃后，逐步减下来最后稳定在380.1℃；②压力由完全关闭时的HSHEADER压力3.8 MPa(g)上升到3.819
MPa(g)。
过程波动时间的长短由温度控制器的整定参数决定，这个稳定时间也将影响EHS-HEADER的稳定时间。
从图4中可以看出，在t=40 min时压力和流量都回到设定值。本次模拟中的波动时间有33 min。模拟中波动时间的长短是与调节器的整定参数有关的。这些参数是PID的3个参数:kc，ti和td。实际开车中，仪表工程师会根据实际情况来调整这3个参数，以得到一个可以接受的波动时间、波动幅度和方式。
对于同样的过程，给定另外的一组参数，可以得出如图3所示的波动图形，此时波动时间为70 min。
3.1.2.2 U29301B分析
U293001B管线温度、压力、流量变化情况见图4。模拟结果表明:①压力最后稳定在3.819 MPa (g)；②温度稳定在设定值380℃；③流量由0 t/h上升到22.23
t/h。
进一步分析表明:U293001B稳定的压力3.819 MPa(g)小于29-PSV3001B安全阀的起跳压力4.3 MPa(g)。故安全阀并不启动。
3.2 工况2
当装置负荷100%运行到t=5 min时，KT04441和KT04431的压缩机同时停车，压缩机连锁信号给到U29302和U29301A的压力控制阀同时快速打开。
3.2.1 EHS模拟分析
EHS HEADER管线温度、压力、流量变化情况见图5，图5对应的模拟情况如下:①流量由正常工况下的流量249.3 t/h瞬时下降到新的流量175 t/h，然后在减压降温设备的作用下，逐步恢复到249.3 t/h；②出口压力(管网压力)上升到11.25 MPa(g)后稳定在设定值10.8 MPa(g)；③温度有一个较小的波动，然后很快恢复到设计要求的温度515℃。
3.2.2 减压降温单元模拟分析
3.2.2.1 U29301A分析
U29301A快开阀后混合物流的温度、压力、流量的波动情况见图6。此过程中HS-HEADER压力由阀门完全关闭时的3.8 MPa(g)上升到完全打开时的3.994
MPa(g)，由于29PV3001A为快开阀的作用流量很快上升，同时由于调温的作用29TV3001A逐步打开，最后将温度稳定383.4℃。
3.2.2.2 U29301B分析
U29301B减压调温单元的压力、温度、流量的变化情况见图7。由于29PV3001B首先动作，故而此时的温度主要是来自超高压蒸汽管线加压后的温度，然后再由29TV23001B来调节温度，最后使之稳定在设定值380℃。
3.2.2.3 U29302分析
U29302减压调温单元的压力、温度、流量的变化情况见图8。由于29PV3002首先动作，故而此时的温度主要是来自超高压蒸汽管线加压后的温度，然后再由29TV3002来调节温度，最后使之稳定在383.4℃。
(1)在当前的设计中，整个系统没有出现因为压缩机的跳车导致蒸汽系统失控的情
况，所有的减温减压系统和安全阀的起跳压力设计是合理的。
(2)设计中EHS按249.3 t/h负荷计算时，其分程控制的设计建议为:①U29301B，0%～40%；②U29302，40%～72%；③U29301A，72%～100%。
(3)对于压缩机跳车的情况，减温减压系统采用连锁控制，压力和流量波动较大，但是系统响应快，可以满足蒸汽系统稳定运行的要求。
【相关文献】
[1]李晓红，赵健新，卢义玉，陆朝晖.蒸汽管网系统的瞬变分析与模拟[J].煤气与热力，2008，28(10):23-26.
[2]赵健新，李晓红，卢义玉.蒸汽管道输送的瞬变特性研究[J].煤气与热力，2008，28(3):9-11.
[3]孙玉宝.蒸汽管网水力热力联合计算方法及其应用研究[D].济南:山东建筑大学，2006.
[4]王松岭，胡红丽，张学镭.基于ASPEN PLUS软件的燃气-蒸汽联合循环的模拟.汽轮机技术，2005，47(6):417-418，420.
[5]罗向龙，华贲，张冰剑.基于管网模拟的蒸汽动力系统多周期运行优化[J].石油学报(石油加工)，2006，22(5):56-62.
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