朱滿斗

（云南先鋒化工有限公司技術(shù)部，云南 尋甸 655204）

HYSYS軟件是世界著名油氣加工模擬軟件工程公司開發(fā)的大型專家系統(tǒng)軟件。該軟件分動態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩大部分。其動態(tài)和穩(wěn)態(tài)主要用于油田地面工程建設(shè)設(shè)計(jì)和石油石化煉油工程設(shè)計(jì)計(jì)算分析，并指揮原油生產(chǎn)和儲運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)行。HYSYS可以計(jì)算物質(zhì)的許多物理性質(zhì)和傳遞性質(zhì)。對于不同的體系需選擇不同的傳遞性質(zhì)計(jì)算模型。換句話說，對于所考查的體系，傳遞性質(zhì)的計(jì)算模型必須經(jīng)過仔細(xì)篩選。例如，預(yù)測輕質(zhì)烴類（NBP＜155℃，NBP為正常沸點(diǎn)）的黏度宜選擇Ely和Hanley提出的對應(yīng)狀態(tài)原理法，預(yù)測重質(zhì)烴類的黏度宜選擇Twu模型法，預(yù)測非理想化學(xué)系統(tǒng)的液體黏度宜選擇Letou-Stiel改進(jìn)方法［1-3］。

1 LNG儲罐充裝率的計(jì)算依據(jù)及方法

通過計(jì)算LNG在充裝溫度和控制溫度下的摩爾密度來換算其充裝率（又稱充裝系數(shù)）。液體密度的計(jì)算主要有三種方法：狀態(tài)方壓縮因子法、Rackett模型法和對應(yīng)狀態(tài)液體密度法（Costald，corresponding state liquid density）。

雖然Costald關(guān)聯(lián)式是為計(jì)算飽和液體密度開發(fā)的，但也可以用來計(jì)算過冷液體的密度。Costald密度法可以用于預(yù)測對比溫度Tr小于1的所有系統(tǒng)的密度。當(dāng)對比溫度大于1時，使用狀態(tài)方程壓縮因子法計(jì)算液體密度［4］。

Rackett模型可以計(jì)算中低壓下石油和烴類液體混合物密度，方程如式（1）所示。

2 模擬計(jì)算

目前，我公司準(zhǔn)備上一套LNG燃?xì)庵苽溲b置，用LNG代替LPG（或DME）配制氣化爐燃料氣，滿足生產(chǎn)需要，實(shí)現(xiàn)氣化爐生產(chǎn)效益的增值。

2.1 計(jì)算方法及操作溫度的確定

LNG主要成分為甲烷，以甲烷為代表預(yù)選物性計(jì)算方法。在組分列表critical選項(xiàng)卡可查得甲烷的臨界溫度為 -82.45℃（如圖1所示）［5］。

由于LNG為混合物，為了精確地計(jì)算其摩爾密度，須確定混合物的臨界溫度，并選擇合適的物性計(jì)算方法。在模擬環(huán)境中，可看到混合物臨界性質(zhì)，由于乙烷和乙烯的存在，LNG的臨界性質(zhì)發(fā)生了較大的變化，查得LNG臨界溫度為19.80℃。

圖2 -1甲烷臨界性質(zhì)

當(dāng)溫度大于-123℃時變開始有氣相產(chǎn)生，會使儲罐的壓力急劇升高，因此，儲罐的操作溫度上限應(yīng)該選擇-124℃。

圖2 流體包物性計(jì)算方法

2.2 LNG密度的計(jì)算

以100kg／h為計(jì)算基準(zhǔn)，在模擬環(huán)境中添加單元模塊，從對象面板中選擇Heater向主流程圖PFD添加加熱器E-100，進(jìn)入其屬性窗口，并定義加熱器進(jìn)出口物流和能流。加熱器入口物流溫度-165℃，壓力250kPa，出口物流溫度-124℃，壓力250kPa，此時，LNG的氣相分率均為零［6］。

由于溫度升高，LNG的體積會膨脹。但是膨脹后LNG的體積不可超過儲罐的容積。假設(shè)在操作溫度上限值下，LNG的體積恰好達(dá)到儲罐的容積，由此體積可反算-165℃下LNG的體積，兩體積之比即為LNG可最大占據(jù)儲罐的容積分?jǐn)?shù)（即充裝率），利用電子表格Spreadsheet可幫助計(jì)算。

添加電子表格邏輯模塊，關(guān)閉加熱器屬性窗口，進(jìn)入Spreadsheet邏輯模塊，并在單元格中輸入?yún)?shù)：molar density at-165℃，molar density at-124℃，Maximum fill up（體積分?jǐn)?shù)%）。將流程中的變量添加到電子表格中，右擊單元格，選擇import Variable，進(jìn)入Select Import to cell窗口，依次將兩個溫度下的摩爾密度添加到對應(yīng)的單元格中，并在Maximum fill up（體積分?jǐn)?shù)%）對應(yīng)單元格中輸入“＝（B2／B1）×100”。

-165℃下液體的LNG最多可注入到儲罐容積的92.13%，為了安全考慮，在設(shè)計(jì)LNG儲罐的時候，選擇額定充裝率為90%最為合適。同樣，對于一定溫度和壓力下的氣體，可采用狀態(tài)方程壓縮因子法或在活度系數(shù)模型下選擇合適的氣態(tài)模型計(jì)算其密度。在worksheet的condition中任意改變加熱器進(jìn)出口的物流參數(shù)，Spreadsheet中的結(jié)果會跟蹤變化，較為方便。

3 結(jié)語

Aspen Hysys在物性計(jì)算領(lǐng)域起到主導(dǎo)地位，特別是對混合物的參數(shù)模擬，具有準(zhǔn)確、高效的特性，并可以實(shí)時跟蹤操作條件改變時的關(guān)鍵值變化情況，通過模擬值來指導(dǎo)生產(chǎn)，并對廠家的一些設(shè)備參數(shù)進(jìn)行有效驗(yàn)證。