催化裂化提升管反应器出口快分构件优化

针对京博石化一套FCC装置内粗旋结构,提出了一种内置导流板的粗旋结构,并采用Fluent软件对优化模型内气相流场、颗粒运行轨迹及分离效率进行数值研究,并与现场粗旋进行了对比。模拟结果表明:优化模型内切向速度呈驼峰分布;轴向速度呈马鞍形分布;压力分布呈轴对称分布,其沿轴向基本不变,而是随着半径的减小而降低。与现场模型相比,优化模型的切向速度、轴向速度都有所提高,有利于气 固的分离;压降有所降低,提高了旋风分离器的性能;分离效率主要是对粒径范围5~20 μm的颗粒提高较大。此外,随着入口速度的增大,其分离效率增大的同时压降也增大,因此需综合考虑。     

轴流导叶式旋风分离器含蜡天然气气液分离特性模拟

利用Fluent软件对轴流导叶式旋风分离器天然气脱蜡进行模拟,得到分离器内部的静压、切向速度、轴向速度分布云图及分布曲线。在介质为空气和水情况下,对比了不同进气速度和液滴粒径下分离效率和压降的模拟结果及实验结果,吻合度较高,验证了两相模拟的准确性。研究了液滴粒径、进气速度、蜡滴质量浓度和导叶片数量对分离效率的影响。结果表明,在同一进气速度下,液滴粒径越大,分离效率越高;随着进气速度的增加,天然气中蜡滴的分离效率逐渐增大;当蜡滴质量浓度小于172.4 g/m~3时,分离效率随着质量浓度的增大而增大,但是随着质量浓度的继续增大,分离效率基本不变甚至减小;随着导叶片数量的增加,蜡滴分离效率降低,二次湍流强度变弱,压降减小。     

旋流快分系统内颗粒浓度分布的数值研究

摘要：采用欧拉模型（Eulerian Model）对旋流式气固快分系统（VQS）内气固两相流进行了数值模拟，主要考察VQS系统内颗粒浓度场的分布规律。计算结果表明，颗粒在VQS系统内的分离主要分为喷出段、分离段和沉降段三个区域，不同分离区域内颗粒的分离机理有所不同，且颗粒的粒径大小对系统分离有一定影响。从沉降－扩散理论出发，建立了颗粒浓度分布模型，与模拟结果基本吻合，可合理解释VQS系统内的浓度分布现象，为建立VQS系统的分离模型提供参考依据。     

催化裂化提升管出口旋流快分系统内隔流筒结构的优化改进

 研究表明, 旋流快分系统(VQS)内旋流头上骑插筒形隔流筒(A型)后, 可消除其喷出口处短路流夹带颗粒的现象, 大大提高系统的分离效率. 但A型隔流筒底部还存在另一种短路流现象, 结构尚需进一步优化, 为此, 开发了折边隔流筒(B型)和锥型隔流筒(C型). 采用Fluent软件对VQS系统内气-固两相流进行了数值模拟, 重点考察了A、B、C型隔流筒的流场分布和分离效率. 模拟结果表明, C型隔流筒子的分离段外侧切向速度较大, 离心力较强; 内侧上行轴向速度较小, 气体向上夹带细粉的速度较低; 底部截面处向心径向速度较小, 基本为零, 有利于消除短路流. 因此, 工业应用中推荐采用C型隔流筒, 以进一步提高系统的分离效率.     

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。     

氯化氢制氯气反应器的冷模实验

在流化床冷模实验装置上,以空气和氯化氢制氯气催化剂为介质,研究了不同操作条件对轴向、径向密相颗粒浓度和稀相段内颗粒浓度的影响以及分离系统的分离效率。实验结果表明,随着表观气速的增加,床层径向密度逐渐降低,表明床层的流化质量有所改善;同时,轴向密度分布在高度H=500 mm处最大,截面平均密度随着表观气速的增加而降低;当表观气速为0.3 m/s时,H=5345 mm处的稀相密度为8.44 kg/m~3,已经不满足原旋风分离器入口浓度的要求;卧式快速分离器分离效率在实验条件下均大于99.6%,改造后过滤器反吹间隔时间也满足生产要求。     

高含水稠油预分离用分离器水力特性研究

高含水稠油采出液使水处理工作量不断增大,传统水处理设备对于稠油预分离效率低,这导致油田生产成本急剧增长。为此,开发了导叶型轴向入口式分离器。对导叶型轴向入口式分离器内高含水稠油两相湍流进行数值模拟,得到了水力旋流器内两相流场的速度分布和压力分布特征,并且研究了稠油黏度对分离性能的影响。研究结果表明:当稠油黏度由50 mPa·s增长到750 mPa·s时,分离效率降低7.51%,降幅为8.40%,压降损失仅增长0.064 MPa。导叶型轴向入口式分离器对于黏度的敏感度很小,适用范围更广,对于稠油的地面集输工程具有重要意义。     

旋流快分系统（VQS）环形空间内气相流场的研究

采用激光多普勒测速仪（LDV）对旋流快分系统（VQS）内环形空间的气相流场进行研究。结果表明，VQS系统内环形空间的气相流场具有双涡特性，内外涡的分界点处存在最大的切向速度。由于流体与双侧壁面之间的摩擦造成能量损失和湍流能量耗散，导致最大切向速度不断衰减且位置沿轴向向下逐渐向提升管外壁移动，同时涡量传递造成外部的准自由涡区逐渐增大，内部的准强制涡区逐渐缩小。轴向速度沿径向呈明显的线性分布，下行轴向速度沿提升管外壁向封闭罩内壁的径向方向逐渐增大。轴向速度的径向梯度沿轴向向下逐渐变小，轴向速度分布也逐渐趋于水平直线状。整个环形空间内，切向、轴向相对湍流强度分布稳定，湍流脉动与扩散比较平缓，有利于气流稳定下行，避免纵向环流、涡旋死区的发生。     

入口含尘浓度变化对不同排气管结构PV型旋风分离器分离效率的影响

旋风分离器的入口浓度对其分离效率和压降有重要影响。在入口气流含尘浓度5～550 g/m3范围内,采用325目滑石粉,对直径500 mm的PV型旋风分离器进行了分离效率的实验测定,其中排气管的结构采用直筒型(A型),锥口型（B型）和大直筒型（C型）3种结构。实验结果表明,3种结构排气管旋风分离器分离效率均随入口浓度的增加而增加,当入口浓度大于150 g/m3时,分离效率上升幅度开始趋于平缓。旋风分离器入口浓度增加一方面使切向速度降低,分离能力下降,但另一方面使颗粒之间的团聚作用增大,惯性分离能力增大,分离效率增加,综合作用结果是分离效率提高,但逃逸颗粒的绝对量增大。实验结果也表明,排气管的结构对旋风分离器的效率影响较大,尤其是排气管直径,基于实验结果给出了入口浓度变化时旋风分离器分离效率的计算公式 ,该计算公式综合考虑了入口速度和排气管直径的影响。     

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。     

膨胀仓对旋风分离器流场及性能的影响研究

To improve the performance of Stairmand cyclone, the effects of an expansion chamber on the flow field, pressure drop and separation efficiency were investigated numerically and experimentally. The experimental results show that compared with the Stairmand cyclone, the cyclone with an upper expansion chamber works better at low inlet velocity (less than14m/s at this study), while the cyclone with a lower expansion chamber obtains higher efficiency at relatively high inlet velocity(14-20m/s). The presence of an expansion chamber generally results in a slight decrease in the cyclone pressure drop. The simulated results, which were used to further analyze the reason behind the experimental phenomena, suggest that the expansion chamber has insignificant effects on the tangential velocity profiles in the cylindrical part of cyclones. While in the cone part, expansion chamber and the dipleg, tangential velocities slightly decrease. Nevertheless, the expansion chamber decreases the possibilities of the vortex end sweeping the wall and then reduces the particle re-entrainment. Therefore, installing the expansion chamber at proper position could improve the separation performance of Stairmand cyclones. Both the experimental and simulated results represent a potential improvement of Stairmand cyclone performance.     

新型溢流结构柱段充气旋流器的分离性能

 在常规水力旋流器的圆柱段充气,并改进溢流结构,提出了一种柱段充气旋流器。以柴油-水混合液为介质,在改变充气旋流器进口液体流量、分流比、气/液比和底流压力这4个操作参数时,考察了流量-压力-压降特性与油-水分离效率的变化规律。结果表明,充气与不充气时,充气旋流器的流量-压力-压降特性变化趋势一致。充气旋流器的油-水分离效率随进口液体流量、分流比、气/液比和底流压力这4个操作参数值的增加,呈先增后降的趋势;充气时比不充气时的油-水分离效率要高,表明充气浮选具有强化旋流分离效率的作用。油滴颗粒的分级效率随油滴颗粒的直径变大而增加。根据实验数据建立了分级效率的数学模型,模型预测值与实验值吻合较好。     

入口颗粒浓度对旋风分离器压力降影响的实验分析

旋风分离器的入口气流颗粒浓度对旋风分离器的压力降有重要影响。在入口气流颗粒质量浓度5~550 g/m3范围内,对蜗壳式旋风分离器的压力降进行了实验分析。结果表明,随着入口颗粒浓度的增加,旋风分离器的压力降逐渐降低,尤其是开始阶段,降幅明显。除旋风分离器的入口部分压力损失外,旋风分离器的压力降主要由气、固两相流与器壁之间的摩擦损失和气、固两相流的旋转损失两部分构成,前者与入口气流速度有关,后者与旋转速度有关。随着入口颗粒浓度的增加,摩擦损失部分增加,但旋风分离器内的气、固两相流的旋转速度降低,旋转损失部分降低,综合结果是旋风分离器的总压力降降低。旋风分离器的压力降变化也使管路系统压力分布发生变化,导致入口流量发生变化,加入颗粒后通过旋风分离器的流量相对纯气相时的流量明显增加。最后,给出了入口气流颗粒浓度对旋风分离器压力降影响的计算方法。计算中考虑了加入颗粒后对切向速度的衰减作用,适用于高入口颗粒浓度的工况。     

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。     

直切双入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15.6 m/s后,其效率才明显高于单进口型式的旋风分离器。     

紧凑式旋流快分系统气相流场的数值模拟与分析

采用RSM湍流模型对紧凑式旋流快分系统（CVQS）内气相流场进行了数值模拟，重点考察A、B型二级旋流头的流场分布。模拟结果表明: 含尘气流通过B型旋流头后，获得更大的切向速度，有利于细颗粒分离；同时B型旋流头喷出口处，颗粒下行速度较大，旋涡较少，可有效改善"短路流"与颗粒返混现象。因此，推荐采用B型旋流头作为CVQS快分系统二级旋流头的基础型式。