直切双进口旋风分离器流场及分离效率的数值模拟

采用RSM模型对直切式单、双进口型旋风分离器三维流场和分离效率进行数值模拟。结果表明,双进口型旋风分离器改善了单进口型式流场的不对称性,减小了流场内部的涡流,径向速度和总压也明显降低;在相同处理量下,当双进口型式的进口气速比较低时,并不能提高分离效率,只有当进口气速高于15.6m/s后,其效率才明显高于单进口型式的旋风分离器。     

斜切双进口旋风分离器流场及分离效率的数值模拟

提出一种斜切双进口旋风分离器,并用RSM模型对该分离器的三维流场和分离效率进行数值模拟。结果表明：斜切双进口型式旋风分离器很好地改善了单进口直切式旋风分离器流场的不对称性,减小了内部的局部涡流;随着倾斜角度的增加,其切向速度、轴向速度均呈现先增加后降低的趋势,在倾斜角度为12○ 时轴向速度达到峰值,倾斜角度为10○ 时切向速度达到峰值,压降也呈现先增加后降低的规律,但最大值也远远小于单进口型式,径向速度变化不明显;斜切式双进口旋风分离器可以有效提高旋风分离器的分离效率,其最佳倾斜角度为10○。     

高温高压旋风分离器的结构及性能

为了提高旋风分离器在高温高压条件下的承压耐温能力,根据工业应用成熟的PV型高效旋风分离器的结构,提出一种长圆切向入口、两端封头的压力容器式旋风筒体旋风分离器(简称容器式旋风分离器)。流场模拟分析表明,在相同入口气速下,容器式旋风分离器外旋流区的切向速度明显高于PV型旋风分离器,且器壁附近向下的轴向速度也略高于后者,中心涡核区轴向速度低于后者。用中位粒径为9.8 μm的滑石粉进行加尘冷模实验表明,相同气速下,容器式旋风分离器的分离效率较PV型旋风分离器的高约2%;相同压降下,前者的分离效率明显高于后者。容器式旋风分离器结构简单,结构强度和分离性能优良,可供高温、高压工况的分离操作使用。     

单入口双进气道旋风分离器内流体的流动特性

 采用数值模拟和实验相结合的方法,对一种单入口双进气道旋风分离器内的紊流过程进行了研究。计算得到的旋风分离器内的压力降与实验数据较为吻合,验证了所采用的模型和计算方法的正确性。与普通单入口旋风分离器相比,相同处理量时,此种旋风分离器在不降低分离效率的情况下可以使压力降降低40%左右;通过特殊的双进气道设计,基本消除了普通单入口旋风分离器内旋转中心与几何中心不重合产生的涡核摆动现象,有利于提高旋风分离器的分离效率。在 FCC 沉降器内采用该旋风分离器,不仅可以大幅度降低压力降,减少能耗,而且由于在旋风分离器内形成了对称流场,有利于减少 FCC 沉降器顶旋升气管外壁的结焦。     

前置旋流分离器旋风管的特性及数量确定

东方1-1气田压缩机采用三级增压,每级压缩机前采用旋流分离器去除来气中的游离水及固体颗粒。分离器目前国内应用较多的是由中国石油大学设计开发的导叶式旋风分离器。分离效率是表示分离器分离性能的一项重要指标。试验研究发现:气液分离效率随含液量降低而增大,随旋风子截面气速增大而下降,气固、气液分离压降关系基本一致。气液分离时,旋风子除液效率随工作截面气速增大而降低,因此设计时以旋风子工作截面气速不大于3.5 m/s为基本原则,并考虑分离器旋风子实际数量限制,设计过程同气固分离。     

高压气体除尘旋风分离器的结构与性能研究

对比研究了三种高压旋风分离器的结构及分离性能。发现在相同气速下,压力容器式旋风分离器外旋流处的切向速度高于另外两种分离器,中心涡核处轴向速度低于其余两种分离器;相同条件下的冷模对比试验显示,压力容器式旋风分离器的效率较另外两种分离器高1%~2%;压力容器式旋风分离器不仅结构简单,而且拥有较好的结构强度和分离性能,适合高压工况下应用。     

直流式旋流分离器的结构分析与优化

为研究中心体对直流式旋流分离器分离性能的影响,通过在分离器内部设置中心体,利用数值模拟的方法,对分离器内部旋流场、压力场、速度场及分离效率进行了分析。分析结果表明:增设中心体能够占据分离器内部分离死区,增强内部流场的稳定性,减少二次涡流的影响,尤其能够提高对微小液滴的分离效率;中心体直径的增大能够提高分离器的分离效率,当中心体直径与筒体直径比值大于0. 5时,液滴的分离效率显著提高,但也会造成较大的压降损失;通过研究不同气速下分离器分离效率与压降变化的规律,提出不同工况下中心体直径的取值范围,当入口气速高于10 m/s时,中心体直径与筒体直径比值取0. 5,当气速较低时,应结合现场工况对分离效率和压降的要求,增大中心体直径。所得结论可为直流式旋流分离器的优化设计及现场应用提供指导。     

轴流式气-液旋流分离器分离特性

针对内部设有中心体的轴流式气-液旋流分离器,根据液滴在分离器内部旋流场的受力情况,建立分离器分离效率模型。实验发现,当液滴直径大于10 μm时,通过理论模型求得的液滴粒级分离效率与实验值吻合较好;在一定气速范围内,减小导流叶片出口角、增加中心体直径以及减小排气管直径均能够提高分离效率,即对于一定结构的分离器,存在相应的临界气速能够使分离器的分离效率达到最大值,随气速继续增大,分离效率呈下降趋势。根据实验结果提出分离器在不同工况下的设计准则,当气速高于临界气速时,为保证分离器分离效率,维持较低压降,设计导叶出口角为45°,中心体直径与筒体直径比为0.5,排气管直径与筒体直径比为0.85,分离器长度与筒体直径比为3。当入口气速低于临界气速时,可根据理论模型对分离器结构参数进行调整。     

入口面积可变式旋风分离器的性能

当旋风分离器的进气流量(Q_in)小于设计流量时,分离效率会大幅降低。对此,笔者提出通过改变入口面积来保持或提高分离效率的解决方案。首先,以PV型旋风分离器为对象,通过冷态实验,对比了2种入口面积改变方式与分离效率的关系。结果表明,随着进气流量减小,入口面积减小可有效提高分离效率,且侧堵入口(BS型)的效果优于横堵入口(BT型)。流场模拟结果表明,与BT型旋风分离器相比,BS型旋风分离器的切向速度更大,径向速度峰值更小且更均匀,因此其分离效率更高。其次,设计了1种入口面积可变式(VIA型)旋风分离器,确定了入口面积调节方法,并测试了其分离性能。结果表明,当进气流量从最佳进气流量递减时,因其入口面积可随之变小,入口气速基本不变,而分离效率不降反升,并在实验范围(Q_in为2300~9700 m³/h)内一直保持较高的水平。     

PV型旋风分离器流场的计算分析

根据旋风分离器流场的大量实测数据。经多元回归分析得到了切向、轴向气速在分离器蜗壳与分离空间内的无量纲化的计算公式，其中包括影响分离效率的两个关键结构参数ＫＡ与ｄｒ。由此基础上还提出了短路流量与进入灰斗气量的计算公式。     

PX型高效旋风分离器的研究开发

根据对PV型旋风分离器气固流动特性的深入研究,分析了几处影响细粉分离的薄弱环节,并针对性地提出了进气口倾斜、排气管切口及排尘口加防返混锥等结构改进措施.在φ300mm实验室模型试验台上,通过大量对比试验,开发出了一种比现有PV型性能更优良的新一代高效旋风分离器-PX型旋风分离器.实验室对比试验结果表明,相同条件下,PX型比PV型效率提高0.2～1.1个百分点,压力降降低10%～15%.     

基于双旋流的油泥分离器数值模拟

针对兴中油泥含油量高、含渣量低的特点,提出一种新型的双层旋流器结构来进行油-水-颗粒的三相分离.采用数值模拟的方法进行研究,选择混合模型和k-e模型对单层旋流器和3种不同进口型双层旋流器的分离效果进行模拟,分析各旋流器的结构对压力分布、油水分布和油泥颗粒分布效率的影响.结果表明:入口流量为40 m3/h,即入口流速为6...     

旋流板和螺旋导叶气液分离性能对比研究

通过建立轴流导叶式气液分离器试验系统,采用试验的方法,在相同气液操作工况下对比研究了旋流板和螺旋导叶式气液分离器的压降和分离效率.试验研究结果表明,在550～1220 m3/h的处理气量范围内,旋流板气相压降比螺旋导叶气相压降低13％～35％,能耗相对更低;在不同处理气量和液滴质量浓度下,旋流板分离效率比螺旋导叶分离效...     

外导流管对旋风分离器流场的调控

采用雷诺应力模型(RSM)和离散相模型(DPM)对旋风分离器内的气-固两相流动进行了数值模拟计算,比较了带有不同外导流管的旋风分离器内流场、压降和分离效率,并探究了不同外导流管管径对旋风分离器内的流场调控及分离性能的影响。结果表明：外导流管可以改善旋风分离器内的二次涡分布,减小纵向环流的影响范围,降低二次涡间的协同作用,并抑制灰斗入口和料腿入口的二次流,从而提高分离效率;其中,带有H-E型外导流管的旋风分离器有效地提高了细小颗粒的分离效率,对粒径4 μm以下颗粒分离效率的提高可达10%以上;H-E型外导流管对入口气流进行分流,可以减小气流的旋流损失,使压降降低16.7%。此外,外导流管管径对H-O型旋风分离器分离性能影响较小,对H-E型旋风分离器分离性能影响较大。     

压力对旋风分离器内颗粒浓度分布影响的模拟

 为了分析压力变化对旋风分离器内颗粒浓度分布的影响,利用Fluent6.1软件, 气相流场采用修正的雷诺应力模型, 颗粒相运动采用颗粒随机轨道模型, 对0.1~6.5Mpa压力下旋风分离器内气、固两相流流场进行了模拟。结果表明,在入口浓度一定条件下,随着压力的升高,器壁颗粒浓度渐呈螺旋状灰带分布,旋风分离器内旋流区域的颗粒浓度减小,旋风分离器分离能力增强。压力增加一方面使气体切向速度增加,颗粒所受离心力增加;另一方面,气体的湍流强度增大,颗粒的扩散作用增强。当压力超过3.0 MPa后,压力增加对切向速度影响不大,而颗粒扩散增加,旋风分离器内旋流区域颗粒浓度增加,对颗粒分离不利。旋风分离器的径向颗粒浓度分布可以用指数函数描述,其中颗粒的径向速度、颗粒的扩散系数和边壁的颗粒浓度是影响颗粒浓度分布的主要因素。旋风分离器粒级效率随压力的增加而增大,当压力超过3.0 MPa后,压力增加对粒级效率影响不大。