采用五孔球探針對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)下PSC - 100型導葉式旋風管的流動參數(shù)進行了測量,得到旋風管內(nèi)氣相流場的三維速度和靜壓的分布情況。試驗結(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;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。當改變結(jié)構(gòu)參數(shù)時,導流錐的開縫面積比對流動參數(shù)中切向速度的影響最為顯著,即導流錐開縫面積比越大,所對應(yīng)流場的切向速度值越大,因而旋風管的旋轉(zhuǎn)強度越大,分離效率越高。實驗研究的結(jié)果為天然氣凈化用多管式旋風分離器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與工程設(shè)計提供了參考依據(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)壓計量站和配氣站等處安裝分離除塵器和分離過濾器等,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、液和固相流動的過程中完成的,氣相流動是實現(xiàn)分離過程的基本條件,所以,要預(yù)測旋風分離器的效率和阻力,合理設(shè)計旋風分離器,就必須清楚了解除塵器內(nèi)氣流分布的實際狀況。本文采用試驗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型導葉式旋風管的流動參數(shù)分布規(guī)律;研究不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對旋風分離器內(nèi)氣流分布的影響規(guī)律,為旋風管的結(jié)構(gòu)改進、尺寸優(yōu)化及分離機理的研究提供必要的參考依據(jù)。

2、試驗裝置與測量方法

　　試驗裝置主要由風機、通風管道系統(tǒng)、旋風管本體和測量系統(tǒng)四部分組成,如圖1所示。裝置整體處于負壓下操作,旋風管由透明有機玻璃制成,壁厚為5mm,導流錐由鋼件制成。管道上的畢托管用來測量和計算旋風管入口流量的大小。旋風管進、出口處靜壓由U形管壓差計測量。以旋風管的進出口靜壓差值之差作為總壓降。

　　試驗采用智能型五孔球探針為測量工具^[3、4] 。選取4個結(jié)構(gòu)參數(shù)不同的導流錐和1個直管段,分別在相同的操作參數(shù)下測量其流場分布情況。測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,測量到的氣流壓力參數(shù)包括總壓Pt 和靜壓Ps。試驗的測量截面分布圖如圖1中所示,為了全面測量旋風管中流動參數(shù)的分布情況,分別在旋風管的導流錐環(huán)形空間,分離空間,灰斗空間內(nèi)布置測量截面。在導流錐環(huán)形空間,徑向上每個測點間距2mm, 在分離空間, 徑向上每個測點間距3mm,在灰斗空間,徑向上每個測點間距5mm,最外測點距器壁5mm。每一個測點位置采樣6 次后取平均值。試驗時,以導流錐下口為坐標原點,向下為正向。

4、結(jié)語

　　PSC-100型導葉式旋風管由于采用了帶有開縫的導流錐排氣結(jié)構(gòu),分離空間內(nèi)切向速度分布更加趨近于等速流,增大了流場的旋轉(zhuǎn)強度,有利于分離進行。

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

參考文獻

　　[1] 　王樹立,趙會軍. 輸氣管道設(shè)計與管理(第一版)[M]. 北京:化學工業(yè)出版社, 2006.
　　[2] 　時均,汪家鼎,余國琮,等. 化學工程手冊(第二版)[M ]. 北京:化學工業(yè)出版社, 1996.
　　[3] 　姬忠禮,時銘顯. 旋風分離器內(nèi)流場的測試技術(shù)[J]. 石油大學學報(自然科學版) , 1991, 13 (6) : 52256.
　　[4] 　宗潤寬,盧澤,蘇艷霞,等. 五孔球探針旋轉(zhuǎn)流場測量的應(yīng)用方法與誤差探討[J]. 實驗室研究與探索,2004, 23 (5) : 29232.
　　[5] 　張艷,金有海,王建軍,等. 排氣結(jié)構(gòu)對導葉式旋風管分離性能的影響[J]. 石油化工設(shè)備, 2007, 36(2) : 19221.