负压差立管插板阀调节颗粒质量流率的实验分析

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

  在大型循环流化床装置上,通过改变负压差立管上的插板阀的开度,测定不同颗粒质量流率条件下插板阀上下的流态和脉动压力,以此分析插板阀对下料过程颗粒质量流率的调控机制。实验结果表明,对于立管的下料过程插板阀的开度存在一个临界开度,将插板阀的开度范围划分为非可控制区和可控制区。当插板阀的开度大于临界开度时,处于非可控制区,不能进行颗粒质量流率的调节,此时插板阀上下的流态一致,脉动压力曲线相似;当插板阀的开度小于临界开度时,处于可控制区,可以进行颗粒质量流率的调节,此时插板阀上的流态是移动床,阀下的流态是雨状下落流,上下的脉动压力曲线不同。

  立管是循环流化床颗粒循环回路的下行部分。立管内气固两相流的流动特点是颗粒顺重力从高处的低压端向低处的高压端流动,这种流动方式导致了流态的多样性和流动过程的波动性。立管作为循环流化床颗粒循环系统的一部分,通常安装有阀门用于调节和控制循环流化床的颗粒质量流率,如流化床催化裂化装置(FCC)的再生斜管滑阀和待生斜管滑阀。但气固两相流阀门的调控机制不同于一般流体的阀门,阀门的开度变化会影响到立管内阀前和阀后的气固两相流的流态,造成阀门的开度变化与颗粒流率的变化是一种非线性的关系,进而影响到阀门的调控效果。立管上颗粒通过阀门的流动类似于孔口排料。Hiroshi等、Jing等的研究表明移动床孔口排料不仅与孔口面积有关,而且与负压差的大小有关。罗保林等考察了下料阀开度变化对循环流化床颗粒质量流率的调节作用和对立管轴向压力的影响。然而有关阀门对颗粒质量流率的调控机制还缺乏相关的研究,尤其是阀门从调节开始达到稳态操作阶段的动态过程特性分析。

  为此,本文在大型循环流化床的立管上通过阀门开度的变化,对阀门前后的流态变化和脉动压力变化进行实验测量,分析阀门调节颗粒质量流率的机制,以期能提高对阀门调控过程的认识,为工业立管阀门的设计和使用提供参考。

1、实验装置及测量方法

  1.1、实验装置

  实验装置如图1所示。选择一级旋风分离器料腿2作为实验立管,其尺寸150mm×9000mm,出口为直口结构插入流化床的密相床层内。颗粒从流化床经颗粒输送斜管进入预提升器12,由提升风进入提升管10,在旋风分离器6进行气固分离后,被分离颗粒通过料腿2下行返回流化床3。阀门是插板阀,以图1中的零标高为基准,安装在立管轴向5.57m处。

  实验物料是FCC平衡催化剂。平均粒径约为67μm,堆积密度为940kg·m-3,颗粒密度约为1520kg·m-3

实验装置

图1 实验装置

  1.2、测量方法

  脉动压力采用自行开发的动态压力测量仪测量。动态压力传感器由英国Gems Sensors Ltd制造,压力量程0~0.08 MPa,灵敏度20Pa·mV-1。测得的压力由压力变送器转换为1~5V的标准电压信号,用多功能数据采集板采样,频率1000Hz。采样时间设为40s。测量点设在立管的轴向安装位置是3.77、4.70、6.70、7.89m,位于插板阀的上下。

  颗粒质量流率通过堆积法测量,即在稳定操作条件下关闭插板阀,测量在一定时间内颗粒堆积的高度,计算颗粒质量流率。

结论

  负压差立管上插板阀对下料过程的颗粒质量流率的调节实验表明,插板阀的开度与颗粒循环流率的变化不是线性关系。插板阀的开度存在一个临界开度,开度大于临界开度时,阀板上下脉动压力相似,内部是颗粒输送流态,插板阀处于非可控制区内,没有调节颗粒质量流率的功能;开度小于临界开度时,阀板上下脉动压力不相似,上部是移动床流动,下部是颗粒下落流,插板阀处于可控制区,具有调节颗粒质量流率的功能。这种流态和脉动压力的变化可以应用于监视插板阀的调控效果。

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