[发明专利]防止铵盐结晶沉积堵塞的工艺注水喷嘴在审
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【说明书】：
技术领域本发明涉及一种注水喷嘴，具体地说是涉及一种防止铵盐结晶沉积堵塞的工艺注水喷嘴。背景技术石油化工、煤化工等产业是推动社会经济不断向前发展的重要动力之一，对整个国家的发展有着举足轻重的影响力。加氢技术经过五十余年的发展，已成为石油化工、煤化工等流程型工业的核心技术。其中，加氢反应流出物系统（Reactor Effluent Air Coolers, REAC）作为加氢装置的重要组成部分，近年来因加工高硫（S）、高酸、含氯（Cl）等中东劣质原油，引发多起因铵盐结晶引发的加氢空冷器管束、换热器管束堵塞及垢下腐蚀失效事故，严重影响此类装置的长周期、安全稳定运行。加氢原料中富含N、S和少量Cl杂质，在加氢反应过程中生成NH3、H2S、HCl，在反应流出物的换热冷却过程中进一步生成NH4Cl和NH4HS两种铵盐。随着反应流出物的温度降低，两种铵盐直接由气相冷凝成固相，并迅速堵塞管束，造成管束的弯曲变形甚至出现管束与管板焊接位置的拉脱失效。为避免换热器和加氢空冷器管束中的铵盐堵塞，通常的做法是在加氢空冷器的上游注水洗涤结晶的铵盐。虽然注水能够有效的冲洗铵盐，但吸湿后的铵盐同样对注水喷嘴有较强的腐蚀作用，调研发现多家企业的工艺注水出现的失效主要有三类，第一类是注水直接对管道造成冲蚀减薄，甚至穿孔；第二类是注水无喷嘴结构，工艺注水无法起到雾化效果，部分铵盐无法被有效冲洗，甚至出现注水管出口的腐蚀；第三类是工艺注水分布不均衡，例如加氢反应流出物空冷器通常有8台，而只设置一个注水点，在沿程阻力的影响下工艺注水无法有效的平均分配到各台空冷器中，部分空冷器入口的液态水无法达到API 932-A推荐的不小于25%的液态水要求，势必会引发部分空冷器中的铵盐无法被有效洗涤，从而引起管束堵塞以及堵塞吸湿后的垢下腐蚀穿孔失效。加氢反应流出物系统中的温度范围为30~200℃，加氢空冷器出口的温度为37~66℃。通常NH4Cl的结晶温度在176~204℃，故其结晶常在加氢空冷器前的换热器中开始；而NH4HS的结晶温度在26~65℃，通常出现在加氢空冷器中。因此，针对加氢反应流出物系统中的铵盐结晶沉积问题，如何设计一种新型的工艺注水喷嘴结构，既要保证铵盐的冲洗效果，又要保证多台（例如8台）空冷器的注水量相对分配平衡，是提高工艺注水效果，避免工艺注水喷嘴失效和铵盐结晶堵塞管束的关键。发明内容本发明的目的在于提供一种防止铵盐结晶沉积堵塞的工艺注水喷嘴，解决背景技术中存在工艺注水雾化效果不佳、注水点腐蚀管道冲刷减薄、多台空冷器工艺注水的不平衡（不均匀）问题，从本质上提高加氢反应流出物系统的安全稳定运行周期。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明包括90o弯头、注水锻件、雾化喷嘴、三通管道和限流孔板；注水锻件中心开有孔，注水锻件下端面与另外两个同轴线孔垂直的三通管道进口上端面焊接连通；位于三通管道内的注水锻件一端与中心开有孔的雾化喷嘴通过焊接连通；位于三通管道外的注水锻件一端与等径的注水直管段的一端通过焊接连通；注水直管段的另一端与90o弯头的一端通过焊接连通，90o弯头的另一端经第一直管段、开有中心限流孔的限流孔板和第二直管段均通过焊接连通。所述第二直管段、限流孔板、第一直管段、90o弯头和注水直管段中心线构成的平面与注水直管段和所述三通管道进口中心线构成的平面垂直相交。所述雾化喷嘴中心孔的出口为圆锥孔或圆柱孔。所述限流孔板的中心限流孔直径为Ф6mm、Ф8mm、Ф10mm或Ф12mm。本发明具有的有益效果是：本发明是基于管配件三通结构设计工艺注水喷嘴结构，喷嘴与注水管道通过整体的厚壁注水锻件（锻造件）联接，保证高压工艺注水的安全可靠性；注水锻件末端焊接有雾化喷嘴，可使注入的液态水雾化成小液滴与三通管道内的主介质充分混合，提高管道内壁面铵盐的冲洗效果；工艺注水组合结构设计有限流孔板，可提升多台空冷器系统并联时多点注水时的自平衡效应，提高平衡分配效果。附图说明图1是本发明的正视图。图2是图1所示90o弯头A-A向的剖视图。图3是本发明在工艺流程图中的安装位置示意图。图4是本发明在管道系统中的安装位置示意图。图5是单台加氢空冷器入口管箱结构示意图。图中：1、90o弯头，2、注水直管段，3、注水锻件，4、雾化喷嘴，5、三通管道，6、对焊焊缝，7、第一直管段，8、限流孔板，9、中心限流孔，10、第二直管段。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90o弯头1、注水锻件3、雾化喷嘴4、三通管道5和限流孔板8；注水锻件3中心开有孔，注水锻件3下端面与另外两个同轴线孔垂直的三通管道5进口上端面通过对焊焊缝6固定连接；位于三通管道5内的注水锻件3一端与中心开有孔的雾化喷嘴4通过对焊焊缝焊接连通；位于三通管道5外的注水锻件3一端与等径的注水直管段2的一端通过对焊焊缝焊接连通；注水直管段2的另一端与90o弯头1的一端通过对焊焊缝焊接连通，90o弯头1的另一端经第一直管段7、开有中心限流孔9的限流孔板8和第二直管段10均通过对焊焊缝焊接连通。三通管道5右端的进口管道，多相流介质为油和气混合物，上端的进口管道为工艺注水的流通通道，水的性质为软化水；其中开有中心孔的注水锻件3下端开设有与中心孔同轴的环形凹槽，注水锻件3外圆周有向下内倾斜为5o的倒角；三通管道5上部进口管道外圆周有向上内倾斜为5o的倒角，并与注水锻件3外圆管道通过对焊焊缝6固定连接；环形凹槽内侧的注水锻件3下部出水口与开设有中心孔的雾化喷嘴4通过对焊焊缝固定连接。如图1、图2所示，所述第二直管段10、限流孔板8、第一直管段7、90o弯头1和注水直管段2中心线构成的平面与注水直管段2和所述三通管道5上端、右端进口中心线构成的平面垂直相交。如图1所示，所述雾化喷嘴4中心孔的出口为圆锥孔或圆柱孔。若为圆柱孔，其尺寸规格为Ф5mm；若为圆锥孔，则沿锥孔的角度喷射出的扇形雾化水雾需保证不冲击到三通管道5上端进口管道的内壁面。如图2所示，所述限流孔板8的中心限流孔9直径为Ф6mm、Ф8mm、Ф10mm或Ф12mm。中心限流孔9的孔径根据工艺注水泵与三通管道内的压力差联合确定。
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高智&让创新无法想象1900万件&专利数据喷嘴流量计 淮安金鼎 V锥流量计安装时对直管段的特殊要求
1、 焊接型 V锥 流量传感器由于其耐磨性非常好且流体对V型锥体有吹扫左右，使其有自清洁功能，所以可以把V锥流量传感器作为管道的一部分永久焊于管道中。 上、下游直管段要求： 气体测量，雷诺数范围（Re）＞200,000, 值大于或等于0.65 上、下游直管段要求：
1、 焊接型
　　流量传感器由于其耐磨性非常好且流体对V型锥体有吹扫左右，使其有自清洁功能，所以可以把V锥流量传感器作为管道的一部分永久焊于管道中。
上、下游直管段要求：
　　气体测量，雷诺数范围（Re）＞200,000, &值大于或等于0.65
上、下游直管段要求：
　　液体测量，雷诺数范围（Re）&200,000, &值大于或等于0.65
蝶阀（控制阀）
不理想位置时3D
蝶阀（截止阀）
球阀（截止）
热交换器（根据类型）
渐扩管（0.67D-D）长度2.5D
渐缩管（3D-1D）长度3.5D
2、 法兰、夹持连接型
　　V锥流量传感器是一段带法兰的直管段，体置于管内，在工艺管道上焊接同样的法兰，与v锥流量传感器组装即可。
　　V锥流量传感器在垂直管道上安装时，流体应自下而上流动，由于正负取压口不在同一水平面，应对其高度进行必要的修正。
蝶阀（控制阀）
不理想位置时10D
蝶阀（截止阀）
球阀（截止）
热交换器（根据类型）
渐扩管（0.67D-D）长度2.5D
渐缩管（3D-1D）长度3.5D
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LGPH焊接喷嘴
特殊要求：标准节流装置的直管段
标准节流装置的直管段
萧潇整理于自贡翰舒亭
标准节流装置是按照国际标准ISO5167和ISO9300、国家标准GB/T规定的技术条件设计、制造和使用的节流装置。各种节流装置一般均有前后直管段要求（质量流量计除外），但是，工程上由于管道走向位置的限制，故对节流装置的直管段长度要求比较敏感。
本文主要从以下几种节流装置介绍直管段长度要求。
经典文丘里管
经典文丘里管所需最短直管段是指经典文丘里管上游的各种管件与经典文丘里管之间的直管段。
直管段应从最近（或仅有）的弯头弯曲部分的下游端或是从渐缩管或渐扩管的弯曲或圆锥部分的下游端测量到经典文丘里管的上游取压口平面。
对于下游直管段，喉部取压口平面下游至少4倍喉径处的管件或其他阻流件不影响测量的精确度。具体请见下表：
经典文丘里管所需直管段（数值以管道内径D的倍数表示）
[a]弯头的曲率半径应大于或等于管道直径。
无流动调整器情况下，孔板与管件之间所需的最短直管段是孔板上游或下游各种管件与孔板之间的直管段长度。直管段应从最近的（或唯一的）弯头或三通的弯曲部分的下游端测量起，或者从渐缩管的弯曲部分或圆锥部分的下游端测量起。具体请见下表：
无流动调整器情况下孔板与管件之间所需的直管段（数值以管道内径D的倍数表示）
喷嘴和文丘里喷嘴
喷嘴和文丘里喷嘴所需最短直管段是位于一次装置上游或下游各种管件与一次装置之间的管段。所有直管段都应从一次装置的上游端面测量起。具体请见下表：　
喷嘴和文丘里喷嘴所需的直管段（数值以管道内径D的倍数表示）
如在某些场合必须要求前/后直管段短，一般可采用前2D、后2D要求的其它差压式节流装置，如：美国A
/上海科洋有限公司的A
K平衡式流量计和EMERSON的405系列紧凑型多孔孔板。
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以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。喷嘴流量计非标准应用研究 - 真空技术网
喷嘴流量计非标准应用研究
来源:真空技术网（）海军驻葫芦岛四三一厂军事代表室　作者:刘洪生
　　分析了喷嘴流量计测量工况蒸汽流量时，在其直管段长度不能满足标准规定的情况下，利用标定试验和流场计算得出应用系统初步结论的过程。
　　由于喷嘴流量计具有耐高温高压、耐冲击、使用寿命长等特点，在工业上仍然广泛采用喷嘴流量计进行蒸汽流量测量。在实际使用过程中，很多情况下直管段长度难以满足标准要求，这给测量准确度带来较大影响。目前国内尚无公开文献资料对该情况提供准确测量数据，本文针对喷嘴流量计前直管段6D 开展了相关试验和计算，取得了初步的成果。
2、测量分析
　　流量测量系统采用ISA 1932 喷嘴流量计，管道尺寸为Ф219mm & 7mm，节流装置直径比& 为0.678 773。实际使用时在喷嘴流量计前设有三通和蝶阀，系统连接如图1 所示。
　　(1) 流量测量
　　根据GB /T 2624 - 2006 要求，用喷嘴流量计测量充满圆管的流体流量时，喷嘴流量计安装在直管段的要求见表1。
　　当喷嘴流量计按照GB /T 2624 - 2006 的直管段要求使用时，测量精度完全能够满足设计要求，并且有充分的试验数据和标准保证。但当喷嘴流量计的直管段长度不能满足GB /T 2624 - 2006 规定的要求时，目前在流量测量领域还没有试验数据和相关标准可以参考，只能根据具体的安装情况进行试验和仿真计算。
表1 喷嘴流量计所要求的最小直管段长度
1. 水流量标准装置2、4. G219 & 7 3. 节流装置5. 差压变送器6. 三通7. 蝶阀
图1 喷嘴流量计测量系统
　　由于标定条件的限制，喷嘴流量计的标定一般采用水流量标准装置进行，这是因为喷嘴的流出系数C 只与雷诺数有关，实测流出系数与理论流出系数的误差大小直接反映喷嘴在实际工况时的测量精度。因此，只要雷诺数相同，不管用什么流体对节流装置进行标定，标定结果都是相同的，这也是采用水流量标准装置对蒸汽流量测量节流装置进行标定的理论基础。
　　式中C&&&喷嘴流出系数；&&&&节流装置的直径比( d /D)；ReD&&&雷诺数；D&&&管道内径；v&&&管道中流体的平均轴向速度；&&&&流体的运动粘度
　　对于同样的质量流量，蒸汽对应的雷诺数较水对应的雷诺数要大得多，因此水流量标准装置无法完成蒸汽流量测量节流装置在全量程范围内的标定，而只对其低量程段进行标定，标定结果在高量程段适用。
　　(2) 标定试验
　　为了分析喷嘴在实际安装条件下的测量精确度，对喷嘴进行了流量标定试验，利用水流量标准装置在最大范围内对喷嘴的测量精度进行了标定，并得到了不同直管段长度下喷嘴的测量精度。标定试验在上海仪器仪表自控系统检验测试所，根据JJG640 - 1994 要求，利用水流量标准装置对喷嘴进行了流量标定试验。根据现场实际情况，将流量标定点设置为500m3 /h、460m3 /h、420m3 /h 和380m3 /h，试验数据见表2。
表2 直管段1.2m 流出系数误差及重复性误差
　　(3) 流场计算
　　对于水流量标准装置无法标定的工况，通过建立数字化模型对管道内蒸汽流动的动量修正系数进行计算，分析高、低工况时蒸汽流场的分布，推导低工况时标定试验所取得的测量精度在高工况时的有效性。蒸汽管道内的流场计算采用流体力学分析计算软件Fluent。根据图2 所示的蒸汽隔舱阀和喷嘴安装情况，建立了基于realizable k - epsilon 紊流模型对内置双管道内部蒸汽流动进行定常数值模拟。
1. 喷嘴2. 三通3. 蝶阀
图2 流场计算数学模型
　　流场计算时管道内径为205mm( Ф219 & 7) 、蒸汽压力为2. 1MPa( 表压) 的饱和蒸汽。流场计算完成了蒸汽流量分别为10t /h、24. 9t /h、58t /h 和83t /h时，直管段长度为1. 2m 的蒸汽流场分布计算和流体动量修正系数计算。
　　蒸汽流量分别为10t /h、24. 9t /h、58t /h 和83t /h时，直管段1. 2m 处蒸汽流场分布如图3 所示。
(a) 流量为10t /h (b) 流量为24. 9t /h(c) 流量为58t /h (d) 流量为83t /h
图3 直管段1 200mm 处蒸汽管道内速度场分布
　　由图3 可见，同一横截面处，管道内蒸汽流量处于不同工况时，其流体流态基本一致，真空技术网(/)认为即蝶阀对流体流态的影响与流量大小基本无关。流体在管道中速度分布的均匀程度可用动量修正系数& 衡量。一般而言，对于圆管紊流其动量修正系数& 为1. 005～ 1. 05 之间，& 越小则断面速度分布越均匀，流体流场越稳定。
　　式中A&&&管道截面积；u&&&流向速度；U&&&截面质量平均速度
　　蒸汽流量分别为10t /h、24. 9t /h、58t /h 及83t /h时，1. 2m 处的动量修正系数如表3。
表3 动量修正系数计算结果
　　从表3 可见，10t /h、24. 9t /h、58t /h 和83t /h 工况下各断面的动量修正系数均小于1. 016，处于圆管紊流( 动量修正系数& 为1. 005 ～ 1. 05 之间) 的状态。随着前直管段长度的增加，管道内的动量修正系数逐渐减小，蒸汽的速度不均匀度逐渐减小，流态越来越稳定。
　　结合标定试验和流场计算结果可见，在低工况下进行标定试验得出的流出系数误差，在高工况时同样适用。高工况下喷嘴流出系数误差应与低工况基本一致，即低工况下的流量标定结果适用于全量程段。
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