PSC-100型导叶式旋风管内的气相流动分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国石油大学 作者:马艳杰

  采用五孔球探针对不同结构参数和操作参数下PSC - 100型导叶式旋风管的流动参数进行了测量,得到旋风管内气相流场的三维速度和静压的分布情况。试验结果表明,切向速度在大部分分离空间沿径向更加趋近于等速流;轴向速度有明显的上下行流分界,且分界位置靠近边壁,沿轴向分界位置逐渐向边壁移动;径向速度的方向在绝大部分分离空间近壁处沿径向向外,中内区域沿径向向内;静压沿径向从边壁到中心逐渐降低。当改变结构参数时,导流锥的开缝面积比对流动参数中切向速度的影响最为显著,即导流锥开缝面积比越大,所对应流场的切向速度值越大,因而旋风管的旋转强度越大,分离效率越高。实验研究的结果为天然气净化用多管式旋风分离器的结构优化与工程设计提供了参考依据。

1、前言

  在天然气输送系统中,需要在输气管道的首站、中间站、调压计量站和配气站等处安装分离除尘器和分离过滤器等,以去除其中的固体杂质、凝析液、水酸性气体及其他有害成分。其意义在于不但保证安全、稳定、高效地完成天然气的输送任务,而且变废为宝,使资源得到充分利用[1] 。旋风分离器是利用离心力从气体中除去粒子的设备,其内部气流型式很复杂[2] 。由于旋风分离器内液滴(或尘粒)从气体中的分离是在气、液和固相流动的过程中完成的,气相流动是实现分离过程的基本条件,所以,要预测旋风分离器的效率和阻力,合理设计旋风分离器,就必须清楚了解除尘器内气流分布的实际状况。本文采用试验方法研究不同因素作用下天然气净化用气液固三相分离器的核心部件—PSC - 100型导叶式旋风管的流动参数分布规律;研究不同结构参数对旋风分离器内气流分布的影响规律,为旋风管的结构改进、尺寸优化及分离机理的研究提供必要的参考依据。

2、试验装置与测量方法

  试验装置主要由风机、通风管道系统、旋风管本体和测量系统四部分组成,如图1所示。装置整体处于负压下操作,旋风管由透明有机玻璃制成,壁厚为5mm,导流锥由钢件制成。管道上的毕托管用来测量和计算旋风管入口流量的大小。旋风管进、出口处静压由U形管压差计测量。以旋风管的进出口静压差值之差作为总压降。

  试验采用智能型五孔球探针为测量工具[3、4] 。选取4个结构参数不同的导流锥和1个直管段,分别在相同的操作参数下测量其流场分布情况。测量得到三维速度分别是切向速度Ut、轴向速度Uz ,径向速度Ur , 其中轴向速度定义方向向下为正值,径向速度定义沿半径向外为正值,测量到的气流压力参数包括总压Pt 和静压Ps。试验的测量截面分布图如图1中所示,为了全面测量旋风管中流动参数的分布情况,分别在旋风管的导流锥环形空间,分离空间,灰斗空间内布置测量截面。在导流锥环形空间,径向上每个测点间距2mm, 在分离空间, 径向上每个测点间距3mm,在灰斗空间,径向上每个测点间距5mm,最外测点距器壁5mm。每一个测点位置采样6 次后取平均值。试验时,以导流锥下口为坐标原点,向下为正向。

4、结语

  PSC-100型导叶式旋风管由于采用了带有开缝的导流锥排气结构,分离空间内切向速度分布更加趋近于等速流,增大了流场的旋转强度,有利于分离进行。

  导改锥的结构参数对PSC - 100型旋风管内的气相流动分布有显著影响。导流锥的开缝面积比越小,旋风管内的气流切向速度值越高,对分离越有利。

参考文献

  [1]  王树立,赵会军. 输气管道设计与管理(第一版)[M]. 北京:化学工业出版社, 2006.
  [2]  时均,汪家鼎,余国琮,等. 化学工程手册(第二版)[M ]. 北京:化学工业出版社, 1996.
  [3]  姬忠礼,时铭显. 旋风分离器内流场的测试技术[J]. 石油大学学报(自然科学版) , 1991, 13 (6) : 52256.
  [4]  宗润宽,卢泽,苏艳霞,等. 五孔球探针旋转流场测量的应用方法与误差探讨[J]. 实验室研究与探索,2004, 23 (5) : 29232.
  [5]  张艳,金有海,王建军,等. 排气结构对导叶式旋风管分离性能的影响[J]. 石油化工设备, 2007, 36(2) : 19221.

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