軸流導葉式氣液旋流分離器的試驗研究_圖文

1、軸流導葉式氣液旋流分離器的試驗研究金向紅3金有海王振波(中國石油大學摘要軸流導葉式氣液旋流分離器與其他離心式氣液分離器比較,其特點是阻力損失小。經(jīng)試驗證明,在低含液濃度下該分離器對氣液兩相具有較高的分離效果,且采用合理的溢流管和筒體結(jié)構(gòu)形式可以減少短路流和二次流夾帶,提高其分離效率。關(guān)鍵詞旋流器氣液分離導向葉片分離效率壓降損失中圖分類號T Q05118+4文獻標識碼A文章編號025426094(2007022*軸流導葉式氣液旋流分離器(axial guide vane cycl one gas2liquid separat or是一種新型離心式氣液分離裝置,入口混合物經(jīng)過筒體和排氣芯管間的螺旋

2、導葉進入分離室,螺旋導葉給混合物提供一個切向速度,離開導葉的混合物在離心力場和重力場的作用下,產(chǎn)生渦流運動,由于氣液兩相的密度差,在離心力和重力的作用下,液體向管壁流動,并從下部液體出口流出,氣體進入內(nèi)旋流并從頂部排氣芯管離開分離器。由于物料與葉片的摩擦或能量消耗較小,從而使旋轉(zhuǎn)流保持穩(wěn)定,并有助于維持層流特性。因此,與其他離心式氣液分離器相比,其突出特點是阻力損失較小1,2。筆者對內(nèi)徑為100mm軸流導葉式氣液旋流分離器在低含液濃度下的性能進行試驗研究,試驗采用管柱式、管錐式兩種筒體結(jié)構(gòu),分別采用3種排氣溢流管結(jié)構(gòu)形式,主要考察了排氣溢流管結(jié)構(gòu)對分離性能的影響,比較了管柱式和管錐式筒體結(jié)構(gòu)對

3、分離性能的影響。1試驗裝置和物料試驗流程如圖1所示。整個試驗系統(tǒng)由供風系統(tǒng)、進料霧化系統(tǒng)、分離系統(tǒng)和測量系統(tǒng)4部分組成。本試驗采用負壓系統(tǒng),供風系統(tǒng)采用抽風機,其最大流量可達1000m3/h,能滿足要求;霧化系統(tǒng)由空氣壓縮機、空氣過濾器、空氣轉(zhuǎn)子流量計、液體計量泵以及內(nèi)混式雙流體噴嘴組成,壓縮空氣與計量泵提供的液體同時進入噴嘴,通過噴嘴液體被霧化成液滴群,通過調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量、壓力和進入噴嘴的液體流量可以得到不同滴徑的液滴群,霧化的液滴直徑采用文獻3中雙流體霧化液滴直徑的經(jīng)驗計算公式算得;分離系統(tǒng)主要裝置是軸流導葉式氣液旋流分離器,內(nèi)徑為100mm,用有機玻璃制成;試驗物料采用空氣2水系統(tǒng)

4、。圖1氣液旋流分離試驗裝置流程簡圖1風機;2畢托管;3溫度計;4氣液旋流器;5收液斗;6水槽;7計量泵;8噴嘴;9壓力表;10玻璃轉(zhuǎn)子流量計;11穩(wěn)壓罐;12空氣壓縮機;13U形管2試驗試驗時,在風機抽吸作用下,氣體進入管路系3金向紅,男,1965年1月,在讀博士研究生,副教授。山東省東營市,257061。統(tǒng),與霧化液混合后進入分離器,形成高速旋轉(zhuǎn)流,在離心力的作用下,密度值大的液滴被甩到旋流器的邊壁,從底流口流出,進入集液槽;而氣體則從溢流口流出,經(jīng)風機直接排空。2.1筒體和溢流管結(jié)構(gòu)本次試驗采用了管柱式和管錐式兩種筒體結(jié)構(gòu),如圖2所示。試驗了正錐、正錐加倒錐和無錐3種溢流口結(jié)構(gòu),如圖3所示

5、。 a .管柱式筒體b .管錐式筒體圖2軸流導葉式氣液旋流分離器結(jié)構(gòu)簡圖 a .正錐形b .正倒錐形c .無錐形圖3溢流管結(jié)構(gòu)示意圖2.2流量測量氣體流量Q g 用出口畢托管測量。試驗過程中底流口泄氣量為零,分離器進、出口氣量相同,低含液濃度下,近似認為氣體流量等于物料流量。葉片出口流速決定著對液滴分離起主要作用的流體切向速度的大小。葉片出口流速按下式計算:V =Q g3600A j式中A g 導向葉片間流體通道橫截面積。導葉數(shù)量和結(jié)構(gòu)參數(shù)一定時,顯然葉片出口流速與流量成正比。2.3入口含液濃度C i入口含液濃度由下式計算求得:C i =m i t Q g式中m i 計量泵加液質(zhì)量,g;t 加

6、液時間,h 。本實驗含液濃度變化在80400g/m 3之間。2.4壓力降測量壓力降采用U 形管壓差計進行測量。其中溢流壓降p i o 為分離器入口與溢流口(氣體出口之間壓差。底流壓降p iu 為分離器入口與底流口(集液槽之間壓差。一般而言,溢流壓降p io 是氣液旋流分離器的主要能耗參數(shù)。2.5總效率E T旋流分離器的效率一般分為質(zhì)量效率和修正效率(澄清效率兩種定義方式,本文中由于底流泄氣量為零,進出口氣量相等,故在數(shù)值上兩種方式計算結(jié)果相同。另外,本實驗主要評定筒體和溢流口結(jié)構(gòu)對分離性能的影響,不考慮蒸發(fā)率對分離效率的影響,所以本文實際采用下式進行測定計算:E T =m c m i×

7、;100%式中m c 底流口的液體出量,g 。3實驗結(jié)果與討論3.1一定含液濃度,不同出口流速下分離效率、溢流壓降的變化圖4顯示含液濃度C i =320g/m 3不變,不同筒體結(jié)構(gòu)、溢流管結(jié)構(gòu)下,葉片出口流速對分離效率的影響。圖5則是含液濃度C i =320g/m 3時,壓降隨葉片出口流速的變化關(guān)系。由圖4可以看出,在流速較低時,隨著流速的增大,分離效率升高,這是因為葉片出口流速增大,流體切向速度增大,分離器內(nèi)離心力場增強,分離能力增大,分離效率隨之提高。當葉片出口氣速超過一定數(shù)值后(臨界值V cr ,盡管有利于液 圖4 葉片出口氣速對分離效率的影響圖5葉片出口氣速對溢流壓降影響滴分離的離心力

8、場繼續(xù)增強,但分離器內(nèi)湍流強度也大大增加,在氣流的強湍流作用下,液滴破碎霧化加劇,分離難度增加;同時,沉積在器壁上的液體表面出現(xiàn)湍流彌散,產(chǎn)生氣霧夾帶現(xiàn)象,使得分離效率降低4。由試驗結(jié)果可以知,對于直徑為100mm 的氣液旋流分離器,其葉片出口氣速的臨界值V cr 11m /s 。圖5顯示,含液濃度一定時,溢流壓降隨葉片出口氣速的增大而增大,其影響規(guī)律與液固、液液分離器規(guī)律基本一致。同時從圖4可以看出,當筒體結(jié)構(gòu)一定時,正錐加倒錐(簡稱正倒錐形溢流管結(jié)構(gòu)的分離效率最高,無錐形溢流管的分離效率其次,而正錐形溢流管的分離效率最低。這是因為正倒錐式結(jié)構(gòu)溢流管,加倒錐后破壞了邊界層的生長,有效地阻礙了

9、短路流的產(chǎn)生,從而提高了分離效率。而正錐形溢流管,更易于產(chǎn)生短路流,在排出氣流中會產(chǎn)生較大的液體夾帶,因而降低了分離效率。由圖5可知,正錐形溢流管結(jié)構(gòu)的溢流壓降也最大,而無錐溢流管溢流壓降最小。因此,氣液旋流分離器不適宜用正錐形溢流管;采用無錐溢流管或正倒錐溢流管,應綜合考慮分離效率、壓降損失和制造成本。圖4顯示,當溢流管結(jié)構(gòu)一定時,管柱形筒體旋流器分離效率要大于管錐形筒體。這可能是因為,管錐式筒體中,甩向錐形筒壁的液滴易產(chǎn)生破碎和彌散,破碎的液滴部分進入高速氣流,從而產(chǎn)生二次液體夾帶。而圖5顯示錐形筒體旋流器的溢流壓降損失要小于圓柱形筒體,考慮到制造方便,氣液旋流分離器宜采用管柱式筒體。3.

10、2出口流速一定,不同的含液濃度對分離效率、溢流壓降的影響圖6是葉片出口氣速V =10.5m /s 不變,不同筒體結(jié)構(gòu)、溢流管結(jié)構(gòu)的旋流器分離效率隨含液濃度的變化規(guī)律。圖7是一定葉片出口氣速下,溢流壓降隨含液濃度的變化情況 。圖6 含液濃度對分離效率的影響圖7含液濃度對溢流壓降的影響圖6顯示,一定結(jié)構(gòu)參數(shù)下的軸流導葉式氣液旋流分離器的分離效率隨著進料含液濃度的增加而上升,這與切向進料的管柱式氣液旋流分離器(G LCC 4和旋流板式氣液分離器3是一致的。圖7顯示,隨著含液濃度增加,溢流壓降略有增加,這說明低含液濃度下,含液濃度的變化對溢流壓降損失幾乎沒有影響。當旋流器筒體結(jié)構(gòu)一定時,改變溢流管結(jié)構(gòu)

11、,圖6顯示,正倒錐形溢流管分離效率最高,無錐形溢流管次之,正錐形溢流管分離效率最低。圖7顯示,正錐式結(jié)構(gòu)溢流管溢流壓降損失最大,無錐式溢流管溢流壓降損失最小,正錐加倒錐溢流壓降損失介于二者之間,這與前面的結(jié)論一致。葉片出口流速一定時,比較含液濃度對管柱式和管錐式筒體結(jié)構(gòu)旋流器分離性能的影響,從圖6可以看出,管柱式旋流器的分離效率要高于管錐式;而圖7可以看出管柱式旋流器的溢流壓降損失要高于管錐式,這也和前面的結(jié)論一致。4結(jié)論4.1在低含液濃度下,軸流導葉式氣液旋流分離器仍能達到很高的分離效率。隨入口含液濃度的增大,分離器分離效率呈上升趨勢;含液濃度變化對溢流壓降影響不大。對于結(jié)構(gòu)尺寸一定的軸流導

12、葉式氣液旋流分離器,葉片出口氣速存在一臨界值(本文中V cr 11m /s ,在此條件下分離器的分離效率最高,而溢流壓降則隨氣速增大而增加。4.2試驗過程中發(fā)現(xiàn),短路流和二次流夾帶對于氣液旋流分離器的分離效率影響較大,采用合理的溢流管結(jié)構(gòu)形式可以減少短路流和二次流夾帶,提高分離效率。試驗中3種溢流管結(jié)構(gòu),正錐加倒錐形溢流管分離效率最高,而壓降損失略高于無錐形溢流管;正錐形溢流管分離效率最低,壓降損失最大。因此,軸流導葉式氣液旋流分離器不宜用正錐形溢流管。4.3管柱式筒體的旋流器分離效率要大于管錐式,壓減損失略高于管錐式,因此,軸流導葉式氣液旋流分離器宜采用管柱式結(jié)構(gòu)。參考文獻1丁旭明,王振波,

13、金有海.軸流式旋流器試驗研究.過濾與分離,2005,15(1:15172張勁松,趙勇,馮叔初.氣液旋流分離技術(shù)綜述.過濾與分離,2002,12(1:42453魏偉勝,楊彥文,鮑曉軍等.氣液分離器的模擬實驗.石油化工,2003,32(9:7797824Kouba G E,Shoha m O,Shirazi S .Design and Perfor manceof Gas 2L iquid Cycl one Separat ors .Pr oceedings,BHRGr oup7th I nternati onal M eeting on M ulti phase Fl ow .1995.3073

14、27(收稿日期:2006207228,修回日期:2006211212An Exp e ri m en ta l S tudy o n the Axi a l F l o w Gu i de Vane Typ e Ga s 2L i qu i dC yc l o ne S ep a ra t o rsJ I N Xiangho ng,J I N Yo uha i,WAN G Zhenbo(China U niversity of Petroleum ,D ongying,257061,Shandong,China Ab s trac t I n co mparis on with other c

15、entrifugal gas 2liquid separat ors,the resistance l oss of the axial fl ow guide vane type gas 2liquid cycl one separat orswas less .The experi m ents show that the separating efficiency of the ax 2ial fl ow guide vane type gas 2liquid cycl one separat ors f or gas and liquid phases is higher in a l ow liquid /gas ra 2ti o .The reas onable for m s of overfl o