聚结层排布对高压天然气净化用滤芯过滤性能影响的实验研究

本工作利用聚结滤芯过滤性能实验装置,通过改变滤芯内部的滤材排布,研究了聚结层为单一滤材以及由不同滤材排布组合的滤芯过滤性能,分析了聚结层排布方式对过滤效率、压降、饱和度及液体分布的影响。结果表明,由单一滤材组成的滤芯过滤效率随滤材孔径减小而增大,但孔径最小时由于压降较高,导致滤芯综合过滤性能反而最差。疏油在前、亲油在后的聚结层排布方式可提高滤芯过滤效率、减少液滴二次夹带,且以两层相同滤材交错排列的滤芯过滤效率比单层滤材交错排列明显更高,压降也相对较低,使得综合过滤性能显著提升。继续增加进气侧的疏油滤材层数可延缓压降增长、提高运行寿命,滤芯稳态品质因子达到最大值(0.30 kPa-1)。聚结层排布方式对滤芯过滤性能的影响主要通过改变液体分布形式而实现,且末层滤材的通道结构变化是导致不同聚结层排布方式的滤芯过滤性能出现差异的主要原因。     

不同操作压力下的气液过滤特性分析

根据ISO-12500标准建立了压缩空气滤芯性能检测系统,将操作压力由0.1 MPa升至0.7 MPa,分析了操作压力对亲油型和疏油型两种滤芯内的液体分布、滤材饱和度和过程压降的影响. 结果表明,操作压力对疏油型滤芯的过程压降、液体运移与饱和度有显著影响,操作压力每上升0.2 MPa,滤芯初始压降上升0.32 kPa,各操作压力下滤芯润湿压降(平衡压降与初始压降的差)为4.5~5.1 kPa,0.7 MPa时最后1层滤材饱和度比0.1 MPa时上升了71%,饱和度沿气体流动方向呈凹型分布,小面积润湿区域增多,稳态压降前出现短暂跃升阶段,可能加剧滤芯二次夹带,导致过滤器下游管道内液滴数增多,降低过滤器效率;操作压力对亲油型滤芯的初始压降影响显著,操作压力每上升0.2 MPa,初始压降上升0.39 kPa;操作压力对液体运移与饱和度影响较小,不同操作压力下各层滤材饱和度的分布规律相同,液体分布无明显差异.     

压缩机润滑油雾滤芯过滤性能分析与改进研究

利用现场高压和实验室常压滤芯性能评价装置，对比了不同工况下的滤芯过滤性能，分析了液体物性和油雾浓度对滤芯过滤性能的影响规律，提出了滤芯改进方法并进行了效果验证。结果表明，由于气液相互作用改变，高压下滤芯过滤效率相比常压略低，但常压工况过滤性能变化规律能反映现场实际运行性能。与气体流量相比，液体黏度对中效滤芯的过滤效率影响更大，且滤芯在过滤高黏度液体时才会出现压降的显著上升。油雾浓度对中效滤芯的压降影响受液体黏度控制，高黏度时压降随油雾浓度升高而升高，但低黏度时压降基本不随油雾浓度变化。由于流量对液滴扩散捕集作用的影响，低流量时滤芯对高黏度液体的过滤效率随油雾浓度降低反而升高。通过调整滤芯内部的滤材组成及排布方式，可实现小尺寸液滴的高效捕集，对癸二酸二辛酯液滴的过滤效率相比原滤芯至少提升50%。研究结果对于指导天然气储运过程中滤芯性能提升与机理认识具有重要意义。     

折叠滤芯气液过滤性能测试及优化

采用聚结型滤芯气液过滤性能实验装置,研究了油雾加载率和表观过滤速度对折叠滤芯过滤性能的影响及涂覆粘合剂对折叠滤芯过滤性能的优化作用。结果表明,涂覆粘合剂后,滤材抗张力强度明显增大,滤材孔径减小。随油雾加载率增大,滤芯过滤层液体运移通道数增加,通道压降升高。初始压降随表观过滤速度增加而升高。粘合剂主要凝固在渗透性低的区域,压降变化较小。表观过滤速度增加抑制了二次夹带,折叠滤芯过滤效率升高,而由于粘合剂脱落,涂覆粘合剂的滤芯过滤效率下降。表观过滤速度为0.10 m/s时,随油雾加载率增大,聚结在滤材表面的粘合剂抑制夹带,滤芯过滤效率升高。     

疏油改性对玻纤聚结元件气液过滤性能的影响

气液聚结元件在压缩气体净化等工业领域应用广泛，目前聚结元件的性能难以满足行业不断增长的需求，但是提高聚结元件过滤效率的同时，阻力也会随之升高，不利于其综合性能的优化。为研制低阻高效的聚结元件，利用不同浓度氟硅氧烷丙烯酸酯溶液对聚结滤材进行疏油改性，分析了表面能不同的滤材在气液过滤过程中压降、过滤效率以及二次夹带现象的变化，并对改性在聚结滤芯上的应用效果进行研究。结果表明，改性滤材在过滤效率提高10%的同时，稳态压降可降低约30%。滤材表面性质变化导致的跳跃压降减小是稳态压降降低的主要原因；滤材内液体分布对扩散、惯性分离作用的增强以及二次夹带的减少是效率提高的主要原因。对于表面能不同的疏油滤材，稳态压降和效率均随表面能的减小而升高。聚结滤芯经过改性后品质因子最大可提高92%。     

天然气滤芯三相过滤过程的压降特性

通过气固、气液交替和混合过滤实验,研究了天然气工业用滤芯气液固三相过滤性能.通过观测滤芯表面显微结构,研究了不同阶段滤芯压降变化的原因和过滤机理.结果表明,在相同过滤条件下,含尘滤芯气液过滤时,由于液滴与滤饼层相互作用,滤芯表面纤维结构不断变化,依据压降的变化趋势,过滤过程可分为4个阶段:气固过滤、表面滤饼层脱落、液滴填充及表面过滤.含液滤芯气固过滤可分为初始过滤和粉尘填充2个阶段;滤芯持液量不同,气固过滤压降呈相似变化规律.三相过滤压降的增长速率介于气固过滤和气液过滤之间,液滴可有效抑制气固过滤压降的增长.     

孔径梯度分布对亲油型滤材气液过滤性能的影响

在天然气净化、大型旋转机械曲轴箱通风和压缩空气过滤等领域,气液聚结过滤器具有广泛的应用。利用滤材过滤性能实验装置,分析了气液过滤过程中不同孔径梯度分布的亲油型滤材的压降、穿透率和饱和度变化,比较了其过滤性能、内部液体分布特性以及对液滴二次夹带现象的影响。结果表明：在气液过滤过程“通道压降”阶段,孔径递增滤材压降和0.8 μm以上液滴穿透率的变化曲线具有明显的分层特征。不同孔径梯度分布滤材的稳态过滤性能存在明显差异,主要原因是滤材内部存在液体运移通道的传递现象。通过与孔径递减和孔径均匀分布滤材的稳态过滤性能对比,发现孔径递增滤材在保证较低压降的同时具有最高的品质因子,有利于减少液滴二次夹带现象的发生,且对0.8 μm以上不同粒径液滴均具有最高的过滤效率,即孔径递增滤材在气液聚结过滤器设计中更具优势。     

孔径梯度分布对亲油型滤材气液过滤性能的影响

在天然气净化、大型旋转机械曲轴箱通风和压缩空气过滤等领域,气液聚结过滤器具有广泛的应用。利用滤材过滤性能实验装置,分析了气液过滤过程中不同孔径梯度分布的亲油型滤材的压降、穿透率和饱和度变化,比较了其过滤性能、内部液体分布特性以及对液滴二次夹带现象的影响。结果表明:在气液过滤过程"通道压降"阶段,孔径递增滤材压降和0.8μm以上液滴穿透率的变化曲线具有明显的分层特征。不同孔径梯度分布滤材的稳态过滤性能存在明显差异,主要原因是滤材内部存在液体运移通道的传递现象。通过与孔径递减和孔径均匀分布滤材的稳态过滤性能对比,发现孔径递增滤材在保证较低压降的同时具有最高的品质因子,有利于减少液滴二次夹带现象的发生,且对0.8μm以上不同粒径液滴均具有最高的过滤效率,即孔径递增滤材在气液聚结过滤器设计中更具优势。     

旋风过滤装置天然气脱水试验研究

旋风过滤装置在气液分离领域有着广泛的应用。为此设计一种新型的旋风过滤分离装置,该装置具有分离效率高,设备适应性强,清洁环保、操作稳定等传统天然气脱水设备不具备的优点。试验中对不同的含液浓度和入口气速对分离效率和溢流压降的影响进行了研究及分析。试验结果显示:随着气速的增加分离效率会出现不同幅度的下降而可以反映能耗的溢流压降在不断上升;含液浓度的变化对溢流压降没有明显的影响,而含液浓度的提高可以在不同程度上提高分离效率。通过实验结果可以分析得出旋风过滤装置在入口气速8~10 m/s且含液浓度在20~25 g/m~3的情况下具有较好的分离性能。     

气液过滤过程中液滴二次夹带现象分析

在天然气长距离输送过程中,天然气夹带的液滴严重影响压缩机组的安全可靠运行。利用所建立的滤芯过滤性能检测装置,以癸二酸二辛酯为实验介质,分析了天然气净化用滤芯气液过滤过程中液滴二次夹带现象的特征,比较了滤材润湿性和过滤速度等参数的影响。结果表明:当滤芯仅由聚结层组成时,滤芯过滤过程中存在液滴二次夹带现象,二次夹带将导致下游气体中液滴数量增多,且有较大液滴出现,稳态阶段滤芯累积效率在大粒径处下降;液滴在滤材表面的润湿性对二次夹带现象具有重要影响,可润湿型滤材表面更易出现液滴二次夹带现象,在相同过滤速度下,若需提高过滤效率,宜选用不可润湿型滤材制作工业滤芯;在0.1～0.3 m·s^-1过滤速度范围内,提高过滤速度可减少液滴二次夹带现象的发生,与不可润湿型滤芯相比,可润湿型滤芯过滤效果的改善更为明显;滤芯增加排液层可有效消除液滴二次夹带现象。     

金属烧结滤芯用于多晶硅氯硅烷净化放大研究

采用金属粉末烧结滤芯对多晶硅制备干法回收工序的氯硅烷进行中试净化研究,在相同过滤精度和面积下,对比处理量对初始过滤压降和不同滤饼剥离方式对剥离率的影响。结果表明,当原料颗粒浓度为235 g/m~3、采用液相反冲滤饼剥离方式时,出口颗粒平均浓度为2.1 g/m~3,过滤效率为99.1%。     

天然气用聚结过滤元件性能的测定与分析

为了评价目前天然气净化用滤芯气液分离性能,利用聚结型滤芯气液过滤性能的检测装置研究了滤芯的放置方式、滤芯的有效厚度及填充密度等相关因素对气液过滤性能的影响。结果表明：在相同条件下,滤芯垂直于地面放置比水平位置放置时排液较顺畅,气液过滤效果较好,并且压降至少降低25%;不同材质滤芯,随着滤芯厚度在6~32mm范围内增加,滤芯稳态压降增加,过滤器出口液滴浓度减小,过滤性能提高;滤芯的填充密度增加,滤芯压降增大,过滤器出口液滴浓度减小。     

液体黏度和表面张力对滤材气液过滤性能的影响

利用滤材实验装置,研究了黏度和表面张力等液体物性参数对气液过滤性能的影响。结果表明:液体黏度对滤材压降影响较小,滤材稳态压降基本不变,液体黏度较小时滤材出口液滴浓度较大,且出口有较多粒径较大的液滴;而液体表面张力对滤材压降有较大影响,液体表面张力较大时出口液滴浓度较大。并利用Ohnesorge数对滤材出口液滴浓度进行了分析,Ohnesorge数越大,则出口液滴浓度越低。     

非线性振动下水平通道气液两相流动

将振动装置与气液两相流实验回路相结合,对非线性振动工况下水平通道内气液两相流进行实验研究。重点考察了不同振动参数对流型转换界限及摩擦压降的影响。流型图表明,非线性振动工况和稳态工况下的气液两相流动形式不同,提高振动的频率和幅度会导致流型转换界限发生改变。由实验得到的气液界面分布结果表明,振动频率对相界面波动程度有显著影响,而振动幅度则主要影响截面含气率。最后对比了非线性振动工况下的摩擦压降和经验公式的计算结果,发现两者在数值和分布上均无明显差异,说明稳态下两相流摩擦压降计算公式同样适用于非线性振动工况。     

非线性振动下水平通道气液两相流动

将振动装置与气液两相流实验回路相结合,对非线性振动工况下水平通道内气液两相流进行实验研究。重点考察了不同振动参数对流型转换界限及摩擦压降的影响。流型图表明,非线性振动工况和稳态工况下的气液两相流动形式不同,提高振动的频率和幅度会导致流型转换界限发生改变。由实验得到的气液界面分布结果表明,振动频率对相界面波动程度有显著影响,而振动幅度则主要影响截面含气率。最后对比了非线性振动工况下的摩擦压降和经验公式的计算结果,发现两者在数值和分布上均无明显差异,说明稳态下两相流摩擦压降计算公式同样适用于非线性振动工况。     

静电纺丝纤维滤材表征及其气液过滤性能

以聚丙烯腈与二甲基甲酰胺为原料配制纺丝溶液,采用静电纺丝技术制备玻璃纤维/聚丙烯腈纤维/玻璃纤维三层复合滤材,研究了纺丝溶液浓度与纺丝电压等参数对纤维形貌及尺寸的影响,分析了复合滤材的过滤性能. 结果表明,控制不同纺丝溶液浓度可得形貌不同的纤维,且溶液浓度越大纤维尺寸越大;纺丝电压对纤维形貌的影响较小,但增加纺丝电压使静电纺纤维层的孔径减小. 相比玻璃纤维滤材,复合滤材过滤效率明显提升,稳态效率最大可提升21%,最易穿透粒径效率最大可提升39%,但复合滤材孔径较小时,过程压降增加了一段跳跃阶段,纳米纤维层表面形成液膜,使复合滤材稳态压降升高.     

高气液比复合填料板的压降与持液性能研究

为实现对低压大气量废气中的污染物进行高效的分离与富集,开发了一种高气液比复合填料板,以空气-水为实验物系,对该复合填料板的压降和持液性能进行了研究。结果表明,复合填料板的干板压降Δp与气相动能因子F的关系符合幂函数关系,在相同喷淋密度(L=30.6L·m~(-2)·h~(-1))条件下,复合填料板的动持液量较BX500填料的整体高了58～130倍。在相同L条件下F从3.2增长到6.5 m·s~(-1)·kg~(1/2)·m~(-3/2),复合填料板的湿板压降增长了162%～201%;而相同F条件下L从30增长到60L·m~(-2)·h~(-1),湿板压降增长了67%～108%。与普通填料相比,复合填料板在高气液比条件下表现出了低压降和高持液量的显著优势。     

DMLS微型换热器内纳米粒子浓度对Al_2O_3/R141b流动沸腾压降的影响

为探究纳米粒子浓度对纳米流体制冷剂在微细通道中流动沸腾气液两相压降影响,运用超声波振动法制备质量分数为0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%均匀、稳定的Al_2O_3/R141b纳米流体制冷剂,在直接激光烧结(DMLS)微型换热器中,设计系统压力为176 k Pa,纳米流体制冷剂入口温度为40℃,在热通量21.2~38.2 k W·m-2和质量流率183.13~457.83 kg·m-2·s-1工况下,研究纳米粒子浓度对Al_2O_3/R141b纳米流体制冷剂流动沸腾气液两相压降影响。研究结果表明:纳米粒子浓度对纳米流体制冷剂在微细通道中流动沸腾气液两相压降有显著影响,气液两相压降随纳米流体制冷剂的纳米粒子浓度增加而减少,在纯制冷剂中R141b加入纳米粒子Al_2O_3,不同质量分数的纳米流体制冷剂流动沸腾气液两相压降降低5.5%~32.6%;通过SEM和表面静态接触角测试方法,发现纳米流体制冷剂沸腾气液两相压降随质量分数增加而减少的原因是纳米颗粒沉积在通道表面,增加了微通道表面的润湿性;对比国际上3种比较经典流动沸腾两相压降模型,并基于Qu-Mudawar关联式和Zhang关联式进行修正,得出两相压降结果的85%数据点位于修正后的关联式模型值的±15%范围之内,同时实验结果与修正后的模型结果偏差MAE值为11.7%,说明修正后关联式能有效预测本工况下实验值。     

气液量对微通道反应器气液分配器压降特性的影响

为了进一步理解冷模装置的气液和流微通道反应器发生的压降变化，通过在升液管上设置泡帽的方式对分配器进行改进，在分配器构建了相应的压降模型的基础上，开展了不同气相与输液量引起的气液压降实验测试分析。研究结果表明，逐渐提高输气量后，原分配器压降发生了先降低再增大的变化趋势。提高输气量使得改进后的分配器压降发生了先降低再增大的趋势，并在输气量为15 m³/h下获得最低压降，之后进入持续提高的变化阶段。采用改进后的分配器形成了更高的压降范围，提高输液量后获得更大压降提高输液量后，原分配器形成了更大的曲线偏差。改进后的分配器的各部位压降都发生了随输液量提高而增大，增幅最明显的是顶部压降，下部与中部只发生了压降的小幅变化，而气液分配器中部与下部压降只受到小幅影响。     

小颗粒滴流床反应器中持液量及液相轴向扩散

本文研究了小颗粒滴流床反应器中持液量和液相轴向扩散.在液体表现流速6.15×10~(-3)-2.37×10~(-2)m/s、气体表观流速7.07×10~(-3)-0.56m/s范围内,用4种气液系统和6种填料,在298±1K下,同时得到压降和动持液量数据,并得到动持液量的关联式:B_d=h_d/ε_B=2.23Re_(?)~(0.41)(Ga_(?)~(?))~(0.31)(a_td_p/ε_B)Re_(?)~(-0.066)结果表明,三叶草形催化剂床层的持液量比相应尺寸的圆柱形高.此外,在温度298±1K下,应用玻璃球填料及4种不同气液系统,在低相互作用区(滴流区),用脉冲法测得液相RTD曲线,并得到Pe_l的关联式:Pe_l=0.117(Re_l/h_d)~0.62Ga_l~(-0.092)