采用五孔球探針對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)下PSC - 100型導(dǎo)葉式旋風(fēng)管的流動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量,得到旋風(fēng)管內(nèi)氣相流場(chǎng)的三維速度和靜壓的分布情況。試驗(yàn)結(jié)果表明,切向速度在大部分分離空間沿徑向更加趨近于等速流;軸向速度有明顯的上下行流分界,且分界位置靠近邊壁,沿軸向分界位置逐漸向邊壁移動(dòng);徑向速度的方向在絕大部分分離空間近壁處沿徑向向外,中內(nèi)區(qū)域沿徑向向內(nèi);靜壓沿徑向從邊壁到中心逐漸降低。當(dāng)改變結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí),導(dǎo)流錐的開(kāi)縫面積比對(duì)流動(dòng)參數(shù)中切向速度的影響最為顯著,即導(dǎo)流錐開(kāi)縫面積比越大,所對(duì)應(yīng)流場(chǎng)的切向速度值越大,因而旋風(fēng)管的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度越大,分離效率越高。實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果為天然氣凈化用多管式旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與工程設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

1、前言

　　在天然氣輸送系統(tǒng)中,需要在輸氣管道的首站、中間站、調(diào)壓計(jì)量站和配氣站等處安裝分離除塵器和分離過(guò)濾器等,以去除其中的固體雜質(zhì)、凝析液、水酸性氣體及其他有害成分。其意義在于不但保證安全、穩(wěn)定、高效地完成天然氣的輸送任務(wù),而且變廢為寶,使資源得到充分利用^[1] 。旋風(fēng)分離器是利用離心力從氣體中除去粒子的設(shè)備,其內(nèi)部氣流型式很復(fù)雜^[2] 。由于旋風(fēng)分離器內(nèi)液滴(或塵粒)從氣體中的分離是在氣、液和固相流動(dòng)的過(guò)程中完成的,氣相流動(dòng)是實(shí)現(xiàn)分離過(guò)程的基本條件,所以,要預(yù)測(cè)旋風(fēng)分離器的效率和阻力,合理設(shè)計(jì)旋風(fēng)分離器,就必須清楚了解除塵器內(nèi)氣流分布的實(shí)際狀況。本文采用試驗(yàn)方法研究不同因素作用下天然氣凈化用氣液固三相分離器的核心部件—PSC - 100型導(dǎo)葉式旋風(fēng)管的流動(dòng)參數(shù)分布規(guī)律;研究不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)旋風(fēng)分離器內(nèi)氣流分布的影響規(guī)律,為旋風(fēng)管的結(jié)構(gòu)改進(jìn)、尺寸優(yōu)化及分離機(jī)理的研究提供必要的參考依據(jù)。

2、試驗(yàn)裝置與測(cè)量方法

　　試驗(yàn)裝置主要由風(fēng)機(jī)、通風(fēng)管道系統(tǒng)、旋風(fēng)管本體和測(cè)量系統(tǒng)四部分組成,如圖1所示。裝置整體處于負(fù)壓下操作,旋風(fēng)管由透明有機(jī)玻璃制成,壁厚為5mm,導(dǎo)流錐由鋼件制成。管道上的畢托管用來(lái)測(cè)量和計(jì)算旋風(fēng)管入口流量的大小。旋風(fēng)管進(jìn)、出口處?kù)o壓由U形管壓差計(jì)測(cè)量。以旋風(fēng)管的進(jìn)出口靜壓差值之差作為總壓降。

　　試驗(yàn)采用智能型五孔球探針為測(cè)量工具^[3、4] 。選取4個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)不同的導(dǎo)流錐和1個(gè)直管段,分別在相同的操作參數(shù)下測(cè)量其流場(chǎng)分布情況。測(cè)量得到三維速度分別是切向速度Ut、軸向速度Uz ,徑向速度Ur , 其中軸向速度定義方向向下為正值,徑向速度定義沿半徑向外為正值,測(cè)量到的氣流壓力參數(shù)包括總壓Pt 和靜壓Ps。試驗(yàn)的測(cè)量截面分布圖如圖1中所示,為了全面測(cè)量旋風(fēng)管中流動(dòng)參數(shù)的分布情況,分別在旋風(fēng)管的導(dǎo)流錐環(huán)形空間,分離空間,灰斗空間內(nèi)布置測(cè)量截面。在導(dǎo)流錐環(huán)形空間,徑向上每個(gè)測(cè)點(diǎn)間距2mm, 在分離空間, 徑向上每個(gè)測(cè)點(diǎn)間距3mm,在灰斗空間,徑向上每個(gè)測(cè)點(diǎn)間距5mm,最外測(cè)點(diǎn)距器壁5mm。每一個(gè)測(cè)點(diǎn)位置采樣6 次后取平均值。試驗(yàn)時(shí),以導(dǎo)流錐下口為坐標(biāo)原點(diǎn),向下為正向。

4、結(jié)語(yǔ)

　　PSC-100型導(dǎo)葉式旋風(fēng)管由于采用了帶有開(kāi)縫的導(dǎo)流錐排氣結(jié)構(gòu),分離空間內(nèi)切向速度分布更加趨近于等速流,增大了流場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度,有利于分離進(jìn)行。

　　導(dǎo)改錐的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)PSC - 100型旋風(fēng)管內(nèi)的氣相流動(dòng)分布有顯著影響。導(dǎo)流錐的開(kāi)縫面積比越小,旋風(fēng)管內(nèi)的氣流切向速度值越高,對(duì)分離越有利。

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