旋风分离器内速度场与压力场关系的研究

利用五孔球形探针测试了旋风分离器内典型三维旋转流动的速度和压力分布规律以及安装了不同断面形状、尺寸及长度的减阻杆后速度和压力分布的变化。从而在分析减阻杆减阻机理的同时，认识了旋风分离器内速度分布与压力分布的相互关系。     

旋风分离器内速度场和压力场关系的研究

利用五孔球形探针测试测试了旋风分离器内典型三维旋转流动的速度和压力分布规律以及安装了不不断面形状，尺寸及长度的减阻杆后速度和压力分布变化，从而在分析减阻杆减阻机理的同时，认识了旋风分离器内速度分怀压力分布的相互关系。     

杆状内构件对旋风分离器流场和性能的调控

采用雷诺应力模型(Reynold Stress Model, RSM)和DPM模型(Discrete Phase Model, DPM)对增设杆状内构件的Stairmand型旋风分离器内的气固两相流动进行了数值模拟分析，考察了不同杆件位置对旋流流场特征和涡结构及分离效率的影响规律。计算结果表明，增设杆件于旋分器内部非轴心位置，随着杆远离几何中心切向速度先增大后减小，且当杆件置于外旋流区域时切向速度降低幅度更大。因此，杆件置于非轴心位置时能起到减阻的效果，且随着杆远离几何中心，减阻幅度先增加后减小，杆件位于外旋流时减阻幅度最大，最高可达38.3%。随着杆件远离旋风分离器几何中心，Stk₅₀先增大后减小，其分离性能先降低后升高。杆件置于轴心位置时，分离效率最高，同时压力降也最高。杆件位置的改变能影响旋风器的流场分布，从而影响其性能。可以根据应用场景的需求，选择合适杆件的位置。以高分离效率为标准时，可将杆件置于距离几何中心较近的位置，甚至置于几何中心处。以低能耗为标准时，可将杆件置于距离几何中心较远的位置。     

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。     

旋风分离器内非轴对称旋转流场的测量

采用相位多普勒分析仪研究了不同入口旋风分离器气相非轴对称流场。首先采用圆管层流实验验证测量系统的准确性,然后考察不同入口结构下直筒型旋风分离器内部流场的分布特点。实验测得的切向、轴向速度、湍流度分布与旋风分离器典型流场分布特点一致。对比3种入口结构旋风分离器测量结果发现,随着入口结构轴对称性逐渐增加,其内部流场分布的非轴对称性明显减小,旋转中心与旋风分离器几何结构中心之间的偏心距也明显减小,有利于提高旋风分离器的分离效率并降低因涡核摆动造成的摩擦阻力。合理地布置入口结构是抑制单入口旋风分离器非轴对称旋转流动,提高旋风分离器性能的有效手段之一。     

旋风分离器结构改进的研究

根据旋风分离器的工作原理及应用特点 ,分析了影响旋风分离器分离效率的因素及结构存在的问题 ,并提出了改进措施 ,即内管外壁增设螺旋翼片 ,扩散形锥体改为悬挂挡板。通过实验观察 ,改进结构的旋风分离器分离效率比常规旋风分离器高。实践证明 ,对于密度差异较小的非均相物系的分离 ,只要对旋风分离器作适当改进 ,仍能取得令人满意的效果 ,这大大拓宽了旋风分离器的应用领域     

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。     

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。     

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。     

钢管减阻型内涂层生产工艺及设备

介绍了钢管减阻型内涂层技术的生产工艺和主要设备，给出了内涂层生产线典型的工艺布置，并对主要设备的组成及工作原理进行了介绍。     

FCC riser quick separation system: a review

The riser reactor is the key unit in the fluid catalytic cracking (FCC) process. As the FCC feedstocks become heavier, the product mixture of oil, gas and catalysts must be separated immediately at the outlet of the riser to avoid excessive coking. The quick separation system is the core equipment in the FCC unit. China University of Petroleum (Beijing) has developed many kinds of separation system including the fender-stripping cyclone and circulating-stripping cyclone systems, which can increase the separation efficiency and reduce the pressure drop remarkably. For the inner riser system, a vortex quick separation system has been developed. It contains a vortex quick separator and an isolated shell. In order to reduce the separation time, a new type of separator called the short residence time separator system was developed. It can further reduce the separation time to less than 1 s. In this paper, the corresponding design principles, structure and industrial application of these different kinds of separation systems are reviewed. A system that can simultaneously realize quick oil gas separation, quick oil gas extraction and quick pre-stripping of catalysts at the end of the riser is the trend in the future.     

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Q判据的不同排气管直径旋风分离器内部涡分析

为了研究排气管直径对旋风分离器内部流场的影响,采用雷诺应力模型对4种不同排气管直径的旋风分离器进行气相流场的数值模拟,同时引入Q判据识别内部空间涡的结构。结果表明,利用Q判据做出的涡等值面,可以较为直观地看出涡结构的变化趋势。在一定范围内,减小排气管的相对直径,可以使旋风分离器内部流动更加稳定;但当排气管直径过小时,内部湍动作用会加剧,能量损失加大。在壁面处,有封闭的涡线形成,能量损失加剧;改善壁面处的涡平衡,可以有效抑制封闭涡线的形成,从而减小能量损失,提高分离效率。此外,涡核摆动并不是随着排气管直径的增大就越剧烈,而是存在一个极值,在极值处涡核摆动整体最小;适当地调整排气管直径,有利于涡结构的平衡,提高流体的稳定性,从而提高分离效率。     

排气管直径对旋分器非轴对称旋转流场的影响

采用相位多普勒分析仪研究了4种不同排气管直径的旋风分离器气相非轴对称旋转流场。结果表明,实验测得的切向速度、轴向速度、湍流度分布与旋风分离器典型流场分布特点一致;随着排气管直径的减小,旋转中心与旋风分离器几何结构中心之间的偏心距也明显减小,其内部流场分布的非轴对称性减弱,有利于提高旋风分离器的分离效率,并降低因涡核摆动造成的摩擦阻力。说明合理地设置排气管直径是抑制单入口旋风分离器非轴对称旋转流动、提高旋风分离器性能的有效手段。     

催化裂化提升管出口紧凑式旋流快分系统

 基于旋流快分系统（VQS）在重油催化裂化工业装置中的成功应用与推广,提出了一种适用于重油催化裂化双提升管装置的紧凑式旋流快分系统（CVQS）。该系统由两级高效旋流快分器串联组成,第二级高效旋流快分器取代顶旋;采用紧凑式旋流快分系统不仅可以降低设备投资,而且可以显著缩短油气在沉降器内的停留时间,从而有助于解决沉降器内油气的滞留、返混和装置结焦等问题。在研究新型高效隔流筒和旋流头的基础上,考察了CVQS系统两种串联方案的分离性能,结果表明,两级高效旋流快分器优化匹配后,系统的总分离效率大大提高,可更好地实现气、固两相的快速高效分离。     

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。     

新型紧凑式催化裂化沉降系统的实验研究

 在对旋流快速分离器流场和性能研究的基础上，开发了一种应用于催化裂化装置的新型高效旋流快速分离器（旋流快分），并提出了由两级串联的该旋流快分器组成的新型紧凑式催化裂化沉降系统。该系统不仅可以降低设备投资，而且可以显著缩短油气在沉降器内的停留时间，从而有效地减缓油气在沉降器内的结焦反应，改善产品的分布。在大型的冷模实验装置上系统考察了该新型紧凑式沉降系统的性能，实验结果表明，该系统操作稳定，调节灵活，在设计点附近总分离效率可达到99.99％，系统总压降在10kPa以内，基本可以满足工业装置的需要。     

三旋单管防返混技术研究

返混是影响第三级旋风分离器分离效率的主要因素之一.三旋单管在排尘口存在返混现象的根本原因是旋风分离单管内部存在的强旋涡从排尘口深入到灰斗(集尘器)内,并在排尘口中心位置形成低压区.该旋涡把排尘口和灰斗中的粉尘重新旋起,使之随气流由排尘口中心的低压区再次进入单管内部,造成分离效率下降.在VAS型的三旋分离单管排尘口处加装止旋器制止出口处的旋涡,消除低压区,从根本上解决返混问题.理论分析及实验表明该方法完全能够达到预期目的.