旋风分离器的性能及设计

旋风分离器也许是最广泛应用的工业粉尘的分离装置。虽然计算旋风分离器压降及分离效率的许多方法已有所发展。但是,通用的设计仍然注重过去的经验,而不是采用解析的设计方法。在本文中,举出了五种计算压降和四种预测效率的理论,并将用各种方法计算的结果与取自文献上的实验数据进行比较,其中以一种计算压降和预测效率的方法最准确。最后,通过最佳化步序导出了旋风分离器的设计方法。这种方法能用来计算适应任一组设计参数的、理论上认为最佳的旋风分离器的尺寸,用这种方法设计的旋风分离器与高效旋风分离器的比较,在相同的操作条件下,证明其在理论上具有较高的效率。     

气体用旋风分离器的计算

由于对旋风分离器中的气流和粉尘运动有了更为透彻的了解,今天已有可能对各种负荷(即气体中的粉尘含量,下同——译注)和气体状态下的压力损失和分离效率进行可靠的计算,从而弄清了入口颈缩现象(或阻滞作用)、器壁摩擦和粉尘对空气的阻力以及插入管内的脉动损失等影响,并把分离过程分为进口弧形道分离和旋流分离两个阶段。有了有关由容积导出的特性参数的最佳曲线图,就有可能对任何型式的分离器进行比较和分类。借助于最佳曲线图和逐次逼近计算法,还可设计出最适合的旋风分离器。但用某种计算机程序或专用设计计算图表可以更好地完成这一工作。在进行理论计算的同时,还必须从重要的实践观点进行考虑。     

旋风分离器自然旋风长的实验研究

本文用五孔球探针详累测定了长筒型旋风分离器内的三维速度场，讨论了旋风分离器入口面积和芯管下口直径对分离器内旋转流衰减过程的影响。流场测定和加尘试验充分证明，旋风分离器自然旋风长大于Ａｌｅｘａｎｄｅｒ经验公式计算值。通过对实验结果进行分析，给出了一个新的计算自然旋风长的经验公式。新的经验公式可用于旋风分离器设计及分离效率的计算。     

旋风分离设备的设计

螺旋形旋风分离器作为一种单元设备来看,有其独特的优点。本文论述了分离器的分离原理和设计计算过程,推导出了分离器各相关尺寸的理论计算式,并结合实际应用情况,还列举了一些经验数据。     

两级串联旋风分离器不同连接通道截面积对流场及性能的影响

阐述了两级串联旋风分离器的数值计算方法,通过采用ANSYS有限元软件建立了数值仿真模型,研究了3组即K7.85+K7.85组、K7.85+K6.28组、K7.85+K10.47组不同连接通道截面积的两级串联旋风分离器的静压、速度、压降、切割粒径变化规律。结果表明:两级串联旋风分离器的一、二级总分离效率随着连接通道截面积的减小而增大,K7.85+K10.47组的一、二级旋风分离器的压降值最大,压降比为4∶6,分离效率最佳;随着连接通道截面积的减小,其切割粒径逐渐减小,K7.85+K10.47组的一、二级旋风分离器的切割粒径最小,分离效率最优。     

螺线型旋风分离器的结构改进研究

采用螺线型旋风分离器实验装置,考察了排气管插入深度、螺线通道延伸段对螺线型旋风分离器分离性能的影响。结果表明,随着排气管插入深度的增加,螺线型旋风分离器的分离效率先增后减,当排气管的插入深度与进气口高度相等时,分离效率最高;添加螺旋通道延伸段,可在压力降不变的情况下有效提高分离器的分离效率。在本实验条件下,与普通螺线型旋风分离器相比,在相同压力降时,改进后的螺线型旋风分离器分离效率可提升6%~10%,能除尽10 μm以上的颗粒,对2 μm以下的超细颗粒也有较好的捕集效果。基于边界层分离理论,建立了螺线型旋风分离器的粒级效率计算公式,计算值与实验数据吻合性较好。     

基于蒙特卡洛算法的旋风分离器优化设计

为了提高旋风分离器的分离效率,基于蒙特卡洛算法建立了旋风分离器优化设计的数学模型。采用雷诺应力模型数值模拟旋风分离器内的强旋湍流流动,使用随机轨道模型单相耦合模拟固相颗粒的运动轨迹,从而计算分离效率。通过给定气体处理量、密度、黏度与颗粒范围等初始条件,进行旋风分离器优化设计。计算结果表明,蒙特卡洛算法能够对旋风分离器筒体直径、入口高度、入口宽度、内筒直径、内筒插入深度、直筒长度、总长度与排料口直径等参数的最优解进行快速搜索,实现旋风分离器高效分离的目的。     

筒体直径对旋风分离器性能的影响

筒体直径是影响旋风分离器效率和压降的重要结构参数。以硅微粉为原料,在保证几何结构相似的基础上,对筒体直径分别为200、300、400mm的Stairmand型旋风分离器进行冷态对比实验,考察了不同情形下筒径对旋风分离器分离性能的影响。结果表明,旋风分离器按几何相似放大,筒径增大,在同一入口气速下,分离效率下降而压降升高;在同一处理气量下,分离效率和压降都下降。如将入口尺寸与处理气量固定,其它尺寸按几何相似放大,筒径增大则旋风分离器的分离效率增加、压降降低。进而又用几个较新的分离模型对实验进行了计算比较,发现模型计算结果与实验结果的趋势大体一致,基本上能预测筒径变化对旋风分离器分离效率与压降的影响趋势,但都不能定量计算筒径对其分离性能的影响。     

旋风分离器性能计算方法的优选

旋风分离器的结构虽简单,但内部的两相流动和分离机理很复杂,对许多影响因素只能进行定性的分析。文章对不同结构的PV型旋风分离器在不同入口气速和不同含尘浓度下的性能进行了试验,将试验结果与采用现有的几种计算方法得到的计算结果进行了比较及理论分析,从而推荐出优先应用的计算方法。     

利用CFX软件模拟计算旋风分离器内流场

采用CFX软件对某旋风分离器内的三维气固两相流场进行数值模拟。气相采用四种湍流模型,颗粒相采用拉格朗日坐标下的随机轨道模型。计算结果与实验值进行对比,并考察不同操作因素对旋风分离器分离性能的影响。对比计算结果说明:SSG模型的计算结果较为合理,且旋风分离器的分离性能对操作条件的变化响应及时;基于CFX软件的模拟计算能够较为准确的预测旋风分离器内的流动情况,为开发和设计适宜的旋风分离器提供了一定的技术参考。     

焦化塔顶油气分离用旋风分离器分离性能实验研究

为了研究颗粒入口数量对旋风分离器分离性能的影响,以延迟焦化工艺的焦化塔顶油气除焦为背景,在一套旋风分离器冷模实验装置上,研究了不同焦粉颗粒入口质量浓度和入口体积流量对单切、双切2种旋风分离器总分离效率、粒级效率和压降的影响。实验结果表明,2种旋风分离器的总分离效率均随入口质量浓度的增大而升高,随入口体积流量的增大先升高后降低;2种旋风分离器粒级效率均随颗粒粒径的增大先降低后升高;2种旋风分离器的压降均随入口体积流量的增大而升高,但随入口质量浓度的增大而降低。当入口体积流量为85 m³/h、入口质量浓度为30 g/m³时,单切旋风分离器最佳总分离效率在98.89%,压降为710 Pa,临界粒径为6μm;入口体积流量为95 m³/h、入口质量浓度为24 g/m³时,双切旋风分离器最佳总分离效率在99.16%,压降为1 110 Pa,临界粒径为3μm。     

旋风分离器的理论及设计

本文引用了在旋风分离器领域中进行的实验研究和数学分析,力图确定有效工作的旋风分离器的最佳尺寸和形状。 文中列示了气体在旋风分离器不同点的流动图型、静压以及三个速反分量。 用无因次数群的数学分析法研究了旋风分离器内粉尘分离的机理以及气体流速、压力降、和旋风分离器几何尺寸之间的关联。 基于以上的数学分析,用诺模图来选择已知负荷的旋风分离器。     

PV型旋风分离器捕集效率计算方法的研究

应用相似理论对旋风分离器内气固相运动进行相似分析，得出了对分离性能有影响的一系列相似准数。根据大量实验数据的回归分析，关联了这些相似准数与粒级效率的关系，从而给出了ＰＶ型高效旋风分离器的粒级效率的计算公式。计算结果的精确度比实验结果的高。     

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。     

FCC粗旋与顶旋连接方式对顶旋气量分配的影响

 摘要：采用数值模拟方法对闭式直连的FCC两级旋风分离系统内的三维流场进行了系统研究。首先,通过选用不同湍流模型对单个旋风分离器内的强旋流动进行数值模拟计算,并与实验数据对比确立了可以用于两级旋风分离器研究的模型和计算方法。随后,采用已确立的模型和计算方法考察了不同连接方式对两级旋风分离系统内流动的影响,得到了不同直连方式下粗旋排出油气在左、右顶旋间的分配比例。以两顶旋间油气量合理分配及高效分离所需正常入口气速为考察基准,确定了既可以平均分配进入左、右顶旋的油气量,又能有效利用粗旋出口油气的旋转能量减小系统压降的合理连接方式。     

通过井口油嘴的临界及亚临界两相流动的新关系式

对通过井口油嘴临界及亚临界两相流动的几个关系式进行评价。用以检测它们对中东油田的运用性。检测了所描述的通过进口嘴的两相流动的两组关系式。第一组是类似于Gilberl提出的简单经验公式，它包括两个新关系式：一个用于临界流态，另一个用于亚临界流态。第二组由包含PVT参数的两相流幼导出公式构成。该PVT关系式在中东原油的开发中得到进一步发展。这些关系式应用几个中东国家的油田资料进行检测。最佳关系式的选择是通过统计误差分析、有效范围及油田中检测变量的个数来证明的。这些关系式的简单型式可以比任何其它涉及相同变量的关系式提供更加准确的结果。结合中东油田产出流体参数的PVT关系武。提高了导出模型的准确性、这些发展的关系式对于中东油井油嘴动态的准确预测是有用的。提出的经验关系式适用于各种类型的油藏流体，包括黑油、挥发油及凝析液。这些关系式不需要掌握产出流体的PVT参数。     

链条式抽油机平衡度与能耗的关系探讨

链条式抽油机平衡度的大小将直接影响抽油机的能耗和工作状态。为了分析链条式抽油机的平衡度与能耗的定量关系,使链条式抽油机工作在最佳平衡状态,对链条式抽油机的平衡机构进行运动学和动力学建模,分析计算了链轮净转矩与链轮转过角度的函数关系式。建立了链条式抽油机的转矩曲线计算模型,提出了链条式抽油机平衡度及能耗的判据。通过平衡坐标分析能耗随平衡度的变化趋势及函数关系式。实例计算表明,欠平衡与过平衡状态下能耗的变化曲线基本关于完全平衡状态对称,完全平衡时链条式抽油机处于最佳节能状态,越接近平衡状态,能耗波动越小;并分析计算出链条式抽油机的最佳平衡区间。现场测试结果验证了理论计算的正确性。     

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○。     

基于FLUENT软件分析旋风分离器的结构优化

为了提高旋风分离器的工作性能,以Stairmand型高效旋风分离器为基础模型,利用FLUENT软件中RNG k-ε模型对传统旋风分离器和带螺旋导流装置的旋风分离器进行数值模拟,从速度分布和分离效率两方面分析了两种旋风分离器的分离性能,分析结果证明带螺旋导流装置的旋风分离器的分离性能强于传统旋风分离器,能够完成粒径小于5μm微细颗粒的分离任务,为旋风分离器的结构优化提供了参考。     

油气水多相管流工艺计算方法的对比

油气水多相管流工艺计算主要采用黑油模型和组分模型。采用黑油模型和组分模型进行凝析油气集输多相管流工艺计算各有优缺点。目前,黑油模型建立在经验或半经验关系式基础上,计算精度取决于所采用的经验或半经验关系式的计算精度。建议对组分模型采用数值分析方法求解,以便减小计算误差。