天然气脱蜡旋风分离器分离效率的模拟

旋风分离器分离效率高,不易堵塞,用于天然气脱蜡效果显著。通过CFD软件Fluent模拟CYG-S型天然气脱蜡旋风分离器的两相流场,得到了旋风分离器内的压力、切向速度、轴向速度分布。对比了不同入口速度下的模拟与理论计算的分割粒径x50,发现具有很好的吻合度,两相模拟有一定的可靠性。结果表明：在旋风分离器锥段底部靠近壁面处的石蜡液滴质量浓度较高;随着进口流量的增加,旋风分离器分离效率提高,当进口流量为1000 m3/h时,x50可以达到5.3 μm;大粒径液滴的分离效果明显,但在所研究的进口流量范围内,进口流量的变化不能明显地影响粒径小于5 μm液滴的分离效率;柱段和锥段长度的增加使得旋风分离器的整体长度增加,延长了液滴在旋风分离器内的停留时间,提高了旋风分离器的分离效率。     

基于响应曲面法径向入口旋风分离器的结构优化

采用流体力学软件对不同结构径向入口旋风分离器的气固两相流场进行了数值模拟,并基于响应曲面法得到旋风分离器的压降模型及分离效率模型。结果表明升气管直径和入口角度对旋风分离器的分离性能影响较大,且两者对旋风分离器分离性能的影响有着很强的交互作用;直筒段高度、锥体高度及升气管插入深度对分离性能影响相对较弱;下降管直径对分离效率影响较大,但对压降影响较弱;随着下降管长度的增大,压降不断增大,分离效率先减小后增大;在考虑压降及分离效率权重的基础上,得到了最优性能的旋风分离器结构,通过比较该结构旋风分离器的分离性能,发现模拟值和模型预测值吻合良好。     

导流板对旋风分离器内气固两相分离性能的影响

通过数值模拟对环形空间设有导流板的旋风分离器进行了研究. 与常规单入口旋风分离器相比,设置导流板显著改善了旋风分离器内的非轴对称流动,使流场的旋转中心与分离器的几何中心重合,从而抑制了旋风分离器内的涡核摆动现象. 气固两相模拟结果表明,加入导流板可明显提高旋风分离器的分离效率,尤其是对于粒径为5 mm的小颗粒,分离效率从53.4%提高到94.6%,捕集效率显著提高.     

一种新型旁路式直流旋风分离器的性能研究

针对传统的直流旋风分离器分离效率低的问题,提出了一种新型旁路式直流旋风分离器。通过模型试验,对比分析了传统的、旁路式和带稳流器的旁路式等三种直流旋风分离器的性能。结果表明,采用旁路和稳流器可显著提高直流旋风分离器的分离效率。进而又通过数值模拟的方法,研究了其内部流场,分析了旁路和稳流器提高直流旋风分离器效率的流体力学机理。     

高压下旋风分离器进行气液分离的模拟与优化

对大尺寸的工业级旋风分离器在高压下的气液分离过程进行了研究,运用数值模拟的方法研究了高压工况下旋风分离器内部流场分布。同时对结构进行改进,在旋风分离器内的不同位置设置多孔板以及在进气口位置设置挡板,比较结构改进前后分离性能的变化。模拟结果表明,对称入口有利于流场对称分布,在分离器内设置多孔板和进口挡板均能提高分离效率,综合改进后的旋风分离器在不增加分离器的压力损失前提下,能完全分离粒径大于5μm的液滴,对于小于5μm的液滴分离效率比传统分离器提高了24. 60%。     

旋风分离器分离性能的数值模拟与分析

以XLPB-5.0和XCX-5.0两种旋风分离器为原型,采用CFD软件对这两种旋风分离器进行了流场与分离效率的数值模拟,初步探讨了入口蜗壳形式与芯管结构对分离效率的影响。模拟结果显示:旋风分离器内流场呈各向异性分布特点,切向速度是影响分离效率的首要因素,径向速度的存在会造成"流场短路"现象,使轴向速度呈不对称分布,导致分离效率的降低。轴向速度与径向速度的共同作用促使颗粒在旋风分离器内做螺旋运动;XLPB-5.0和XCX-5.0的分离效率分别为92.55%和94.96%,与实验结果基本吻合,且不同芯管参数下XCX型的分离效率比XLPB型高;螺旋式入口蜗壳(XCX-5.0型)对旋风分离器上部流场的影响相比直流式入口蜗壳(XLPB-5.0型)复杂;对于两种旋风分离器,随着芯管直径的增大,分离效率逐渐变小;随着芯管深度的增大,分离效率先增大后减小。     

旋风分离器入口结构改进及其对“短路流量”的影响

常规切向进口旋风分离器的气流进入旋风分离器后必定要经过排气芯管外壁和筒体内壁之间,因此不可避免会使得相当一部分气流没有经过分离空间而直接从排气芯管底部排出(短路流量),这也是影响旋风分离器分离效率的重要因素之一。在前人工作的基础上,对旋风分离器的进口结构进行了改进:使得旋风分离器的入口具有一定截面角,并借助数值计算技术,分别对传统的和具有一定入口截面角旋风分离器内的三维流场进行了数值模拟,计算了芯管底部的"短路流量",结果表明:进口具有一定截面角可以明显减小芯管底部的"短路流量",这对改善旋风分离器的分离效率具有重要的实际意义。     

分离层数对多层分离结构旋风分离器性能的影响

为提高旋风式油气分离器在变工况下的分离效率,提出了多层分离结构的旋风分离器,对该结构的分离性能进行了数值模拟和实验研究。在入口气速较大时(12～13 m?s?1),三种不同分离结构的旋风分离器分离效率基本相同,但对于出口处直径为2～5μm的小油滴数量,具有三层分离结构的旋风分离器的比单层分离结构的旋风分离器减少了77.2%～51.0%;在入口气速较小时(7～8m?s?1),具有三层分离结构的旋风分离器分离效率比单层分离结构的旋风分离器提高约24.1%。在所有测试工况下,三层分离结构的旋风分离器的压力损失比单层分离结构的旋风分离器降低了35%～45%。上述研究结果表明,三层分离结构的旋风分离器压力损失小,低负荷时分离效率高,高负荷时对较小油滴分离效果好,即三层分离结构的旋风分离器在变工况时均保持较高的分离性能。     

旋风分离器分离效率影响因素分析

采用ANSYS-FLUENT数值模拟,分析了旋风分离器内压力分布和流场速度分布,对比不同气速和不同圆柱直径对旋风分离器分离率的影响。结果表明：旋风分离器的分离效率在一定范围内会随着气速的增大而增加,达到一定值后分离效率会降低;针对一种新型旋风筒结构,将其圆筒直径从5.8 m减小到5.0 m,旋风分离器的分离效率提高。     

天然气净化用多管旋风分离器的分离性能

为了系统评价天然气净化用多管旋风分离器的分离性能,在线测量了入口气速6~24 m/s、入口颗粒浓度30~2000 mg/m3范围内多管旋风分离器的分离效率和分级效率. 结果表明,多管旋风分离器的分离效率和分级效率都随入口气速和入口颗粒浓度增大而提高. 与单管旋风分离器相比,在相同实验条件下,多管旋风分离器的分离效率下降2%~15%;单管旋风分离器基本能除净粒径大于10 mm的颗粒,而多管旋风分离器只能去除15 mm以上的颗粒. 多管旋风分离器的压降主要是内部单管旋风分离器的压降,占整个压降的80%~90%.     

旋风分离器进口涡旋感生速度场的减阻增效作用

旋风分离器进口段管路的结构关系着进口气速的分配,直接影响到下游分离空间三维速度场的形式,合理设计进口管的样式是挖掘分离器分离潜力的可能入手之处。采用实验及数值模拟手段,对环管和直管2种进口管路下轴对称双进口分离器的性能与流场作了对比研究。结果表明,环管进口的分离器分离总效率比两侧进口的平均高1.5个百分点,而压降损失降低25%以上。前者阻力小的原因在于进口环管内气流为局部的涡旋,与分离器内旋涡流动的形式接近,两股气流交汇时碰撞程度轻,附加的额外能耗较小;而总效率提高的原因为,环管进口的分离器切向速度比两侧进口的分离器约高0.15倍进口气速,能增强颗粒受到的离心作用、减小切割粒径,从而提升分离器总效率。根据涡旋理论,局部区域的涡旋会对整个流动空间产生感生的速度场,由于环管进口的分离器进口管内局部涡旋的存在,整个分离空间的切向速度场被增强。这种由涡旋感生速度场提升分离器切向速度的方式,加深了分离器运行过程中压头向速度转换的程度,不会消耗额外的能量。因此,采用旋涡流的进气方式,并合理提高进口涡旋的强度,是分离器分离性能进一步提升的新途径。     

旋风分离器入口结构影响的研究现状与进展

综述了近年来关于入口结构包括入口结构类型、入口截面形状以及入口下倾角度等对旋风分离器性能影响的研究。认为不同的入口结构参数设计对旋风分离器的性能及能耗有较大影响;随着入口数量增多,分离器压降降低,分离效率先升高后减少,双进口分离器的性能较优。入口截面形状采用倒三角形有利于提高分离效率,但压力损失增加;对于矩形入口旋风分离器,增大高宽比有利于提高分离效率,但也会增大压力损失。随着入口截面角的增加,压力损失降低,分离效率先升高后减小,存在有最优的入口截面角;螺旋下倾角能够改善旋风分离器的分离性能,降低压力损失并有效减少上灰环现象的发生。     

顺流式旋风分离器的分离性能研究

采用冷态对比实验研究从灰斗引出排气管的新型顺流式旋风分离器的分离性能。试验考察了导流体直径、导流体长度、导流体-排气管口距离、排气口直径等结构因素对分离性能的影响以及不同入口气速条件下的分离性能。研究结果为该类型旋风分离器的优化设计提供了依据。     

新型多旋臂气液分离器入口旋流头的预分离特性研究

新型多旋臂气液分离器可实现大直径分离器内的气液旋流高效分离,其入口旋流头结构是分离器的重要组件之一。通过大型冷模实验,对入口旋流头结构的液滴群粒径分布进行非引出式在线测量,从压降和分离效率角度考察了旋流头的预分离性能。结果表明,在入口直管段,初始液滴粒径会在高速气流的作用下迅速进行重新分布,粒径分布呈类正态分布,Sauter平均粒径（SMD）为16.8 μm。在16.95 m/s的气速下,液滴群在H/D=2.47~8.48长度内的入口直管段中运动状态稳定,粒径分布未发生明显变化。在高气速的操作条件下,剪切效应和边壁效应共同作用使SMD略有增大。液滴群在流经旋流臂后,粒径分布发生显著变化,出现“双峰”特征,旋流臂对液滴的聚集效果明显。通过粒径分布分析,预测了旋流臂末端的液滴特征。发现旋流头的预分离性能优越,在压降占比仅3.2%~8.4%的情况下,分离效率占比可高达42.8%~62.5%。入口旋流头结构不仅可以为混合相创造强旋流的初始分离环境,还能借助自身结构特点实现对混合相的惯性预分离。     

流化催化裂化装置旋风分离器的研究及分离效率的优化

首先从旋风分离器的分离原理及影响分离效率的诸多因素入手,对提高旋风分离器分离效率进行了研究和探讨,最后提出了在FCC装置设计过程中,反再两器中的两级旋风分离器分离效率优化的一些建议和方法,三级旋风分离器的一些实际问题的解决方法以及四级旋风分离器安装过程中的一些注意事项。     

Investigations on various characteristics of novel cyclone separator with helical square fins

ABSTRACT

Cyclone separators are very energy intensive devices primarily used in power and process industries to separate the particles from hot gases. Hence in the present study, the barrel wall of the cyclone separator was modified by fixing the helical square fins of sizes 5, 7.5, and 10 mm, with 30 and 50 mm pitch variations to improve its separation efficiency. Hence in the present study, various fluid dynamic characteristics which affect the separation efficiency such as axial and tangential velocities, axial pressure drops were investigated. Computational results were validated using the published experimental data for the non-finned cyclone separator and further CFD simulations were performed for novel finned cyclone separators. It was observed that for the particles’ sizes below 3 µm, finned cyclone separator with fin size 10 mm and pitch 50 mm was giving separation efficiency more than other 5 finned cyclone separators. Also 5 to 10% improvement in the separation efficiency was observed over the separation efficiency of the non-finned cyclone separator. Since main function of separating the particles from gas was unaffected rather it was improved using finned cyclone separator(s) which is important in a view of reducing serious fine particulate matter (PM2.5) emissions causing serious health issues.     

液液旋流分离器的数值模拟研究进展

旋流分离器是近年来发展非常迅速的液液分离设备,其主要优点是高效、节能、占地面积少且成本低,工业应用广泛。数值模拟是液液旋流分离器研发与研究的重要手段。本工作系统地介绍了目前液液旋流分离器在数值模拟中的研究进展,详细地分析了数值模拟过程中旋流分离器模型的选择、几何结构和操作参数的改变对分离效率和流场的影响及最终的评价指标,并对几何结构和操作参数改变提出了见解,对液滴破碎和聚并、旋涡的数值模拟及开发新的公式评价分离效率进行了展望。