气液混合（精选7篇）
气液混合 篇1
摘要：本文以武汉钢铁集团鄂钢公司4300mm宽厚板工程的实例阐述了厚板轧机液压管道的高低压结合、气液混合冲洗技术, 为今后类似工程提供借鉴和参考。
关键词：厚板轧机,液压冲洗,液压系统
0 概述
1) 轧机液压配管概况
宽厚板轧机液压系统按轧制工艺要求主要分:主机 (伺服) 液压系统、轧机辅助液压系统。主机 (伺服) 液压系统材质为0Cr18Ni9, 设计压力为31MPa, 用途: (1) 轧线辊缝调节 (AGC) ; (2) 工作辊弯辊及平衡 (WORK ROLL BEND/BALANCE) ; (3) 工作辊窜动 (WORK ROLL SHIFT) 。轧机辅助液压系统材质为0Cr18Ni9, 设计压力为21MPa, 用途: (1) 轧机进出口推钢机; (2) 轧机主传动接轴平衡 (SPINDLE BALANCE) 、锁紧 (SPINDLE BALANCE LOCKING) 、长度补偿 (SPINDLE LENGTH COMPENSATION) 、支撑 (SPINDLE SUPPORT) ; (3) 工作辊、支撑辊锁紧 (WORK ROLL&B.U.ROLL LATCHES) ; (4) 上平衡缸锁紧、压下螺丝回松 (BACK-UP ROLL BALANCE&SCREW UNJAMMING GEAR) ; (5) 导位提升、工作辊擦拭 (TOP STRIPPER GUIDES&TOP WORK ROLL WIPERS) ; (6) AGC回拉 (AGC CAPSULE PULLBACK) ; (7) 工作辊侧移及锁紧 (W.R.CHANGE SIDESHIFT&LATCHES) ; (8) 机架辊抱紧、脱离及提升 (MILL ENTRY FEED CLAMPS, DRIVE SHAFT DISENGAGE&ROLL LIFT) ; (9) 工作辊、支撑辊换辊 (WORK ROLL REMOVAL-BACK UP ROLL REMOVAL) 。
2) 轧机液压配管的特点及难点
(1) 轧机液压系统清洁度要求高, 主机 (伺服) 液压系统清洁度达到NAS5级, 辅助液压系统达到NAS7级;
(2) 由于轧机设备紧凑, 管道布置密集, 且液压配管必须在设备安装完毕后才能开始, 施工工期短;
(3) 液压管道执行机构多, 冲洗时间比较长。
1 冲洗方案
1.1 冲洗机理
冲洗液清除管壁表面上微粒的能力与冲洗液流内的剪应力成正比。冲洗液流内的剪应力τ由层流粘性剪切应力τν及紊动剪切应力τt组成。
式中:——时均流速;l——混合长度;ρ——冲洗流体密度;μ——冲洗液动力粘度。
从式 (1) 可见, 紊动剪切应力正比于速度梯度的平方值, 远远大于粘性剪应力。所以, 为获得良好的清洗效果, 必须使冲洗液流形成紊流流动。在工程中, 圆管满管时, Re≥2300形成紊流, 对于循环冲洗, 雷诺数一般应在4000以上, 这样才能加强对内壁残留污染物的冲刷作用。
1.2 冲洗参数确定
冲洗参数主要包括:冲洗流量、冲洗压力、冲洗温度、过滤精度、过滤比。
1.2.1 冲洗流量的计算
计算式为:
式中:Q——流量l/min;ν——运动粘度mm2/s;D——管道内径mm;Re——雷诺数, 液压冲洗取4000。
1.2.2 冲洗压力的计算
粘性流体在管道内流动时都要受到与流体流动方向相反的阻力, 产生压力损失。流体的压力损失分为沿程压力损失和局部阻力损失。沿程压力损失公式:
式中:λ——沿程阻力损失系数, 在工程中, Re>4000, L——圆管的沿程长度;D——圆管的内径;V——管内平均流速;ρ——流体密度。
局部压力损失公式:
式中:ξ——局部阻力系数, 它与管件的形状、雷诺数有关;V——平均流速;ρ——流体密度。
总的压力损失为
根据现场实际情况, 因此, △pz=1.16△pf。
冲洗压力必须要大于冲洗管道的压力降, 否则冲洗效果不会太显著。
1.2.3 冲洗温度确定
由雷诺数表达式 (2) 可知, 清洗液的粘度ν值越小, 雷诺数就越大。随着温度的上升, 油的粘度下降, 在温度超过60℃后, 粘度的变化相对比较平缓, 且超过60℃后会引起介质的变质, 因此冲洗油温度控制在40~60℃的范围内。
1.2.4 过滤精度、过滤比的确定
选用10μm、5μm、3μm三种过滤精度的滤芯, 过滤比β为100%, 过滤效率Ec (%) 为99。
1.3 冲洗方案确定
由工程试验数据得到:管道内径D≤38mm时, 压力降较大, 计算最小流量较小;管道内径D>38mm时, 压力降较小, 计算最小流量大。为达到冲洗要求, 采用高低压结合的方法进行冲洗, 即阀台后管道内径D≤38mm的A/B管构成冲洗回路, 用高压小流量冲洗泵组 (流量420 l/min, 工作压力12MPa) 冲洗;主供、回、泄油管及管径较大的支管构成冲洗回路, 用低压大流量冲洗泵组 (流量2300 l/min, 工作压力1.6MPa) 冲洗。
2 管道冲洗
2.1 冲洗回路的建立
(1) 组成回路前, 对照流程图和施工图纸确认每根管道的走向, 检查接口是否正确, 支架管夹是否符合要求, 如有问题须处理后方可进行回路短接。
(2) 将管道与液压设备、控制元件和用户点等各处的接口断开, 并根据冲洗原理图用钢管或压力软管短接, 回路的最高点宜设排气孔, 最低点宜设排放孔。
(3) 临时管道全部用不锈钢管, 加工采用冷切或冷弯, 焊接采用氩弧焊打底。
2.2 氮气吹扫
在油冲洗前用氮气按冲洗回路逐个吹扫液压管道, 消除管道内壁的污物, 为达到理想的吹扫效果, 须保证氮气吹扫流速不小于20m/s, 吹扫时间约20分钟;氮气吹扫完毕, 液压系统开始油冲洗。
2.3 冲洗回路控制
(1) 所有回路均设置球阀, 每个回路单独冲洗, 冲洗时遵循先主管后支管, 先远端后近端的次序, 冲洗应24小时不中断。
(2) 冲洗装置中设置有电加热装置和冷风机以进行温度控制。
(3) 低压大流量泵组按泵的正常工作压力冲洗;高压小流量泵组出口设有溢流阀, 进行调节冲洗回路所需要的压力和流量。
(4) 在回油过滤器前设置取样点, 需要时可在阀台处的回油管上设置取样点。
(5) 先用过滤精度为10μm的滤芯对整个系统进行冲洗, 直到系统清洁度比设计要求低一到二个等级, 再将10μm滤芯更换为5μm滤芯或3μm滤芯对系统进行冲洗。
2.4 气液混合
当2300<Re<13800时, 层流紊流的可能性都存在, 当是层流结构时, 层流结构极不稳定, 遇外界干扰就容易变为紊流, 因此, 在现场采取往主管路冲洗液中吹入氮气的方法, 利用具有较强冲击力的氮气参与冲洗, 形成气液混合的紊流, 通过强力冲洗, 在较短时间内达到理想冲洗效果。由于高压冲洗回路压力高, 掺混氮气难度大, 只在低压冲洗回路实施气液混合。
具体实施时, 为了避免出现异常振动, 通入氮气的流量为30L min, 压力略高于冲洗泵出口压力, 每次通气时间5-10秒, 视回路不同而不等, 一个回路掺混氮气次数控制在3-5次。
2.5 取样检测
低压回路一般在24小时以上, 高压回路一般4个小时, 才能开始第一次取样, 如不符合, 继续冲洗, 每隔2小时取样, 直到符合要求。
取样瓶采用烘干、洁净的玻璃瓶, 由取样员送有资质的单位化验, 经检验达到清洁度要求后, 油冲洗工作即可停止。
2.6 系统恢复
冲洗结束后, 拆除临时管路, 将阀台、系统泵站恢复到系统管线中。
3 冲洗效果
采用该方法进行轧机液压管道的冲洗, 主机 (伺服) 液压系统5天时间冲洗好, 辅助系统10天冲洗好, 比预计工期提前10天, 系统洁净度分别达到NAS4级和NAS6级, 比设计要求高一个等级, 为轧机设备的顺利调试创造了有利的条件。
4 结论
(1) 采用“高低压结合、气液混合的方法”克服了以往冲洗时间长、洁净度难提高的不利因素, 可有效解决厚板轧机液压管道的冲洗难题。
(2) 采用“高低压结合、气液混合的方法”冲洗轧机液压管道, 需要技术管理人员根据管线实际情况进行计算, 对技术管理人员的技术素质要求较高, 气液混合原理的应用还需寻求理论依据, 在实际操作中进一步实践, 总结经验。
气液纠偏控制器 篇2
一、构成
气液伺服纠偏控制器, 亦称气液伺服自动导向系统, 是由液压站、气液伺服阀、气敏位移传感装置、油缸、马达等组成。
二、原理 (图1)
油压和气压装置直接与两轴马达联结, 马达产生的油压、气压由气体减压阀调整后, 送到伺服阀及驱动伺服阀用的感应膜片室内。伺服阀由组合在阀本腔内的套筒及装在里面的短管组成。短管受到外部的力量 (气压信号) 后左右移动, 控制油压缸的油入口和回油口。膜片的一侧接压缩气, 气体压力由减压阀调整, 另一侧是接受相应材料边缘位置之信号压力和平衡调整用弹簧合成的压力, 膜片两侧压力之差使短管左右移动。由伺服阀输出的油液进入油压缸, 驱动导辊导向器, 修正材料偏差。经气体减压阀变成一定压力的空气进入膜片室外侧, 随材料边缘位置变化信号压力也变化, 膜片室两侧产生压力差, 引动短管, 使油压缸前进或后退。
三、适用范围
气液伺服纠偏控制器, 纠偏精度0.25～1mm, 能自动完成检测、反馈、放大纠偏等一系列动作。广泛用于纸张、薄膜、感光胶片、金属箔材等生产加工过程中的边缘控制。装置结构紧凑、性能稳定、灵敏度高, 适应范围广、维修方便。
四、安装要求及使用说明
1. 安装要求
安装控制器时, 应尽量使动力装置靠近位移传感器的工作位置, 并水平安装。连接位移传感器与气液伺服阀的气管长度应≤2m, 因为气管长度影响控制器的控制精度和稳定性。
从注油口将YC-N15或YD-N32H液压油注入油箱, 使油位到达油标可读为止。注意不要使用其他黏度大的液压油, 因为会影响气液伺服阀的运动精度, 进而影响控制器的性能。
将油缸的两根油管与气液伺服阀左侧的两个油嘴相连。用胶管将位移传感器与气液伺服阀前端上下两个气嘴相连。
接通电源, 启动控制器, 观察位移传感器来确定电机的转向是否正确。当空气不断从传感器口排出时, 电机转向正确, 否则转向不正确, 应重新接线。
2. 使用说明
控制器启动后, 应向油缸及管路内注油, 并排出空气。一般可将一纸片交替插入和移开位移传感器开口处, 使油缸作满行程移动, 如此进行10次左右, 即可将液压系统中的空气完全排出。若此时发现油缸的运动方向与所要求的不一致时, 可通过交换连接油缸的两根高压油管的位置加以更正。排除缸内空气后, 再观察油位是否到达油标刻度, 如不够, 则再次注入液压油。
在气液伺服阀的侧面有一截流阀, 用于调节油缸的运动速度。控制器最初启动时, 截流阀应处于全开启状态。通过调整该阀, 可获得所需要的换向速度。
气体减压阀用于调节控制器的工作灵敏度。气压过高将会使控制器工作不稳定 (振动) , 气压过低又将导致控制器灵敏度下降, 反应缓慢。气体减压阀在出厂时已预先调定, 安装调试时应尽量避免作较大的调整。
用一纸片插入位移传感器开口处, 从完全挡住风口到完全离开风口时, 油缸的往返运动速度应近似相等。如不相等, 可通过调节气液伺服阀前端的伺服阀平衡旋钮。
操作使用过程中, 如发现控制器工作不稳定, 应适当降低气压;控制器反应缓慢, 则应适当调高气压。气体减压阀后部的气体减压阀调节旋钮, 顺时针旋转为调高气压, 反之为调低气压。
重新调整系统气压后, 需重新调整气压伺服阀前端的伺服阀平衡旋钮, 以使油缸的往返运动速度近似相等。当控制器用于控制很薄的材料时, 气压越低越好, 以避免造成材料边缘扰动。控制器工作时有轻微振动是正常的, 可以获得较高的灵敏度。
五、保养与维护
1. 保养
每隔半年检查一次进口过滤器, 将滤芯取下清除脏物。不可用油或水对滤芯进行清洗。检查油箱内油面位置, 如有必要应进行注油, 使油面达到刻度位置。
每隔两年更换气泵进、出口气滤芯。更换出口油滤芯, 并清洗油滤器。清洗油泵进口过滤芯及油箱, 彻底更换液压油,
更换气泵叶片, 以确保足够的供气量, 防止叶片发生故障, 否则会损坏气泵和电机。
高效气液分离器效果评价 篇3
1.1 双筒卧式重力分离器内部构造及工作原理
靖边气田气液分离器主要采用的是双筒卧式分离器, 其内部设置有导流板、波纹板、丝网捕雾器等部件, 各部件通过重力沉降、直接拦截、惯性碰撞, 实现天然气中游离水的脱除。可分离单井来气的气体中所携带的大于8μm固体颗粒和大于15μm的液滴及0.5μm的液雾等。
1.2 强制旋流吸收吸附分离器内部构造及工作原理
该分离器由分离立管、集液包、气进口、气出口、和排液口等组成。流体经气液入口进入分离器内, 在螺旋型通道中由下向上作强制性旋转运动, 使流体产生离心力, 在离心力的作用下, 离心力大的液滴向吸收吸附层聚集。吸收吸附层是具有良好弹性的孔网材料, 可以有效的吸收经离心作用“甩”向外壁的液滴动能, 更有利于液滴的吸附;同时可以有效地克服器壁对液滴的反作用力, 降低液滴的离散作用, 使旋流分离作用得到更好的发挥。被吸附的液滴不断聚结, 在重力作用下经吸收吸附层与筒体之间的间隙向下沉降流入筒体下部, 从液体出口排出;而前面未被吸收吸附层吸收或被反弹回流体的液滴又在强制作用、离心力作用、吸收吸附作用下, 不断重复液滴聚集、气液分离过程, 从而使液滴不断地从流体中分离出来。脱除液滴后的气体则经中心立管从气体出口流出。
完成强吸分离功能的分离立管, 是由管壳体、吸收吸附层、中心立管和螺旋型隔板四部分组成。其特征在于四者形成了一个螺旋型通道, 气体从上至下或从下至上流动, 都是一种有序的强制旋流运动。在离心作用、吸附作用、聚结作用和重力的作用下, 使气液得到有效分离。这种结构消除了气体离心运动的盲区, 综合利用了目前各种分离器的分离原理, 是重力沉降分离作用、离心分离作用、碰撞吸附分离作用等的综合应用。离心作用使液滴向吸收吸附层聚集, 吸收吸附层对液滴的吸附和液滴的重力沉降是在液滴富集的状态下完成的, 离心分离、碰撞分离、重力沉降分离作用都得到了充分的发挥。可分离单井来气的气体中所携带的大于5μm固体颗粒和大于10μm的液滴及0.3μm的液雾等。
1.3 立式精细气液聚结分离器内部构造及工作原理
该分离器为立式结构, 分为上下两部分, 上部为聚结区, 下部为沉降区。气体首先进入聚结器下部的沉降区, 通过沉降分离掉气体中携带的液沫和直径大于300μm的大液滴后, 向上穿过管板进入聚结区, 气体由外向内通过聚结滤芯, 分离掉小液滴和固体杂质, 从设备顶部出口排出。在聚结区, 气体中携带的直径为0.1~300μm的小液滴被转化为直径为0.5~2.2mm的大液滴, 并从滤芯底部排出。聚结分离器底部有一个集液包, 收集聚结区和沉降区分离出的液体, 并根据高低液位仪表控制可以实现自动或手动排液。
这种分离器主要是通过聚结作用而对气液进行分离, 滤芯的聚结原理为:气体首先进入滤孔直径较小的聚结层, 携带的小液滴在聚结层表面被纤维拦截并吸附, 随着气体向前流动, 小液滴被送入深层纤维, 同另外一个小液滴碰撞后聚结成一个大液滴, 随着液滴向前流动, 聚结过程不断重复, 聚结层的滤孔直径不断增大, 液滴的直径越来越大。当液滴的重力大于气体的浮力时, 液滴顺着最里面的排液层滑落至滤芯底部, 气体则通过滤芯的内表面排出。
2 靖边气田产水集气站高效分离器效果评价
2.1 评价方法
靖边气田产水集气站高效分离器效果评价主要从以下方面开展:对试验数据进行分析, 通过对三甘醇溶液化验数据进行检测, 分析三甘醇污染程度;通过测试外输区露点, 判断脱水橇脱脱水的效果。并与2007年同期的数据进行对比, 对靖边气田产水集气站高效分离器进行效果评价。
2.2 试验数据对比及分析
试验数据主要分为两个部分:三甘醇溶液化验数据和外输区天然气露点。通过对三甘醇溶液化验数据进行检测及对比, 分析增设该分离器后的三甘醇污染程度;通过测试外输区露点, 并与2007年同期数据比较, 判断脱水橇脱除水的效果。
3 结论及建议
3.1 认识
(1) 立式气液聚结分离器对泡沫的分离效果较普通卧式分离器分离效果好, 在中2站近一年的运行中, 该站三甘醇使用时间长, 外输露点全部合格未发生脱水撬结晶盐堵塞。
(2) 强制旋流吸收吸附分离器在处理气量大的集气站分离效果比普通卧式分离器好, 在D站近一年的运行中, 该站外输露点基本合格, 脱水撬结晶盐堵塞现象明显减少。
3.2 存在问题及下一步工作
(1) 分离器评价手段单一, 对不同粒径的液滴缺乏检测手段, 不能很量化的反应分离器对不同粒径的液滴的分离效率, 只能通过宏观的手段观察。下一步应做的工作是尽快寻找能够有效测量分离器分离效率的方法。
(2) 新式分离器由于其内部结构及工作原理与我厂原有卧式分离器相比差别较大, 在日常操作及日常检修中还有许多需要改进的地方。
(3) 立式聚结分离器对于处理气量大的集气站分离效果, 以及强制旋流吸收吸附分离器对泡沫的分离效果还未进行评价, 需对其进行跟踪观察。
摘要：靖边气田开发初期, 分离器是按照纯气层的地质状况设计的, 主要用在脱水撬前对天然气进行分离, 目的是分离出天然气中的游离水及携带的固体杂质, 避免高矿化度的游离水及固体杂质进入脱水撬, 影响脱水撬的正常运行。但随着气田的不断开发, 使得原有的分离器无法对气液进行有效分离, 个别集气站露点不合格, 脱水撬结晶盐堵塞等问题频繁发生。本文对国内外常用分离器的分离特性及发展概况进行了调研, 对强制旋流吸收吸附分离器和立式精细聚结分离器的结构原理及靖边气田现场试验应用情况进行效果评价, 为靖边气田在开发中后期气液分离器的选型提供一定的参考依据。
关键词：立式气液聚结分离器,强制旋流吸收吸附分离器,效果评价
参考文献
[1]李安淇, 谭中国.SPE天然气开发新进展[C]
[2]王开岳.天然气的综合利用[C]
改造气液分离设备提高分离效率 篇4
1改进雾沫分离器的结构形式
传统的雾沫分离器都是圆盘样式的, 一般是由丝网缠绕紧压在一起而成型的, 安装在设备里面气体出口附近。这种分离器由于丝网紧压在一起, 且无导流装置, 碰撞到分离器的雾沫没有汇集的渠道, 雾沫很难汇集成液滴流下来, 即使有部分小的液滴形成, 也容易被气体出口附近的高速气流再次雾化并携带出塔, 分离效果有限。同时, 由于分离器较厚, 缠得紧、压得实, 气体和雾沫中的固形物被截留在丝网上, 运行不了多长时间就会出现堵塞的情况, 不但不能起到分离液滴的作用, 反而增加系统的阻力。还有一种形式的分离装置是在设备液体入口的上方、气体出口的下方, 装填部分散装填料, 用来分离气体携带的液滴。这种方法因为没有导流装置, 分离效果很差, 还容易堵塞。许多厂家均因雾沫分离器堵塞而不得不频繁停车检修, 清洗分离器, 有的厂家甚至干脆把分离器去掉。这样就大大影响了生产的正常进行, 甚至使雾沫无法分离, 降低了气体的质量, 对下工段造成极大的危害。
我们在认真考察原雾沫分离器的优缺点之后, 设计出新型的雾沫分离器。新型雾沫分离器也采用不锈钢丝网, 整体为锥形。把丝网均匀地分层缠绕在一个倒锥形的固定架上, 每层丝网网孔均拉成菱形, 间隔4～6 mm, 层与层之间增设导流筋, 便于导流。锥尖捆在进液管上, 以实现分离、导流一体化, 一直导流到底部, 不需要再设置导流设施。
和原来的圆盘式雾沫分离器相比, 此种新型分离器具有以下优点。
(1) 原采用的圆盘式雾沫分离器丝网是多层紧压在一起的。新型分离器是单层间隔式, 在倒锥形固定架上每隔一层丝网, 即加一层4～5 mm隔离导流支架。这样做的结果是不仅减少了丝网的用量, 而且还使阻力大大降低, 且不易堵塞, 极大地提高了分离效率。
(2) 该新型雾沫分离器整体为锥形, 且丝网网孔均拉成菱形, 丝网与丝网之间还增加了具有固定作用, 同时还具有导流作用的导流筋, 除沫器的下端锥尖捆绑到进液管上。整体均具有导流作用。分离的液滴在重力的作用下, 沿着菱形丝网下落、集聚, 最后通过分离器的锥尖导入填料层重复分布利用。
(3) 该雾沫分离器制作简单, 且丝网用量减少, 无需大的投资。
2在水平管接近垂直下弯管前增设盲肠分离器
在水平出口管靠近下弯管前的底部接一盲肠管头, 利用原有管架固定, 内装废旧菱形丝网填料或废旧填料, 让下落液滴和顺管壁下流液体靠重力落入盲管死角。若分离下来的系有用的吸收液, 可引排污管入塔底液相排污阀内侧, 回收至塔, 重复使用。效果可与大分离器媲美。
3长距离水平管上增设简易气液分离器
在气体输送过程中增设气液分离器可以高效分离液滴。因为流动的气体在管道中是呈螺旋状前进的, 在不断旋转前进的过程中, 气体中大部分雾沫沿着管壁分离下来, 并汇集到管道的底部, 顺着管道缓慢前行。所以, 管道本身就是一个巨大的气液分离器, 而且管道越长、越粗, 气体流速越慢, 分离能力越大。所以, 要把管道中已经分离下来的液体 (已经不是液滴了) 引出来。怎么引呢?可在水平管的末端增加管道分离器。在气体输送管道内部靠近管道分离器的前方设置微小的挡液板进行拦挡。实践证明, 管道分离器分离的液体比专门的气液分离器还要多。
当然, 这种分离原理也适用于造气系统煤气中粉尘的分离、蒸汽冷凝水的分离, 效果都非常明显。具体做法如下。
在水平管道末端, 水平管的下部开孔, 直径与管道直径相同。孔后焊一挡液板, 宽1～2 cm, 开口处接一与主管线等径的排污管, 内装菱形填料或废旧填料。可借用原有管架固定, 让管内旋流分离的液体靠挡板阻挡、导流而进入导淋管。此项改造基本不花投资, 其效果比原采用的大分离器还好。
4改造分离器内件
为保证设备正常运转, 保证在气体进入系统时, 不因带有液体而影响生产, 常在气体进出系统时, 安装油水分离器。内件多为填料或旋流板等, 不论哪种结构, 均因缺乏导流装置, 和填料装填过于密实, 而使分离效果欠佳, 且容易堵塞, 给生产带来很大的危害。我们详细分析了原分离器的缺点之后, 对分离设备的内件进行了改造。改造方法如下。
填料仍采用丝网填料, 将丝网网孔均拉制成菱形。单层装填。层与层之间加装导流筋, 保证层与层之间的距离为4～6 mm, 菱形丝网在塔内采用人字形装填, 利用菱形丝网和导流筋将分离的液滴导流至塔壁, 并沿塔壁流至塔的底部。保证分离的液滴不会被气流重新带走。
综上所述, 采用以上措施, 即改造原来清洗、净化设备内的分离装置;在垂直管道前增设盲肠分离器;在水平管线上开孔增设等径分离器;改造原进出系统的气水分离器, 使每个装置都能做到导流、分离一体化, 即可数倍提高分离效果。对改善工艺条件, 降低阻力, 节能降耗, 提高生产能力均具有重大意义。本项改造无需大量的投资, 且丝网用量可大幅度减少, 是一项投资少, 效果显著的技改措施。
摘要：针对目前气液分离设备普遍存在的弊端, 结合气液流动的特点, 改进雾沫分离器的结构形式, 气体输送管道水平段增设盲肠分离器、气液分离器等, 提高气液分离效率。
气液密闭循环中药熏洗仪设计 篇5
中药熏蒸疗法是我国传统中医学的主要外治疗法之一,因其对风寒湿痹、通调气血、祛风除湿、清热解毒、消肿止痛、疏风止痒等病疗效显著为中药临床医生所青睐。由于熏洗疗法主要是通过热量和药物共同作用,因而传统的熏洗方法存在很大的局限性:药液熏蒸的密闭性不好,有效药液蒸气得不到循环利用;洗浴药液温度不易控制,不能保证恒定温度,使热量和药液有效成份向病变部位充分渗透。
针对传统中药熏洗疗法的缺陷,自行研制出一款新型的自动熏洗仪。该系统以STC系列单片机为核心,能够根据用户的不同要求自动调节药液、熏蒸室的温度、能依据病情调节最佳的治疗时间,并且药液、药蒸气循环都在一个密闭的环境内。
1 自动熏洗仪的功能
自动熏洗仪是集熏蒸、洗浴、熏洗三大功能于一身的现代化中药熏蒸仪器。它可以自动加水用于稀释药液,自动控制药液、熏蒸室的温度在预设范围内、能按照用户的意愿实现自动熏蒸和洗浴。它可以无人值守式工作,也可进行远程监控工作。
(1) 熏蒸功能:
按照用户所预设的要求进行自动加冷、热水稀释药液,当药液的温度符合要求时启动气泵,进行熏蒸。在熏蒸过程中熏蒸室的温度通过加热器来保证恒温。
(2) 洗浴功能:
熏蒸室温合适时,用户进入熏蒸室。自动熏洗仪就开始有序地加冷、热水稀释药液,当药温达到要求时启动蠕动泵进行洗浴。自动熏洗仪控制洗浴的温度偏差范围为±0.5 ℃,以防烫伤用户。
(3) 熏洗功能:
它是依次调用了熏蒸功能和洗浴功能。
2 自动熏洗仪的结构设计
自动熏洗仪在结构上为了在满足各功能要求的基础上实现自动化,因此各功能部件的排放要紧凑、合理。
自动熏洗仪有药液和药蒸气两大封闭式循环系统。
药液循环系统流程为:
药液蒸气循环流程为:
熏蒸室的温度是依靠加热器来保持恒温。
3 控制系统的设计
自动熏洗仪是一款自动程度较高的熏蒸仪器,他包括了熏蒸、洗浴、熏洗等三大功能模块[1]。因此要满足自动化程度高、功能多的要求,该系统采用主从式的两级MCU控制方式把各功能模块分摊于具有一定自主逻辑功能的IC上。系统共有输入/输出、通信、人机交互、以及保护等功能模块。
3.1 控制系统的I/O分配
据系统的功能要求,在冷水箱和热水箱里分别有温度传感器和水位传感器;在药箱有温度传感器及称重传感器;在熏蒸室里有温度传感器,因此共计7个数据采集部分。而输出部分分别需要控制热水箱加热,以及对冷水箱和热水箱成比例配水阀的控制;熏蒸室加热,及熏蒸需要的气泵控制和洗浴需要的蠕动泵控制,因此共计6个输出控制。如图2所示。
3.2 通信部分
该系统核心由控制面板和驱动主板组成,因此他们之间存在着通信。系统的通信是采用MCU的串口直接进行通信,由于两控制板之间距离较长所以采用了隔离升压的方式,同时两板之间采用工作同步的复位电路。如图3所示。
3.3 命令输入及状态指示部分的驱动
自动熏洗仪须在运行之前。要对药液的温度、药重,时间进行预设或者调整,以及出现紧急情况时的暂停和排除故障后继续进行工作等命令的输入。因此共计13种命令的输入,以及8种状态的指示。因此为了减轻MCU的工作负担,采用BC7281进行此部分的命令采集及传递工作。BC7281与MCU的连接如图4所示。
3.4 数据保存功能
自动熏洗仪是中药熏蒸疗法的理想使用仪器,又由于不同的用户参数要求变化范围不大。所以为了减轻操作人员的工作量,也对该系统的自动化程度更高的要求。所以每次开机要具有继承性,以及在调电后,要有数据保存的功能。
因此在这种要求的情况下,该控制系统采用了具有数据保存、看门狗等作用集于一体的X5045。X5045与MCU的连接如图5所示。
4 软件设计
系统软件的编制是基于KEIL编程环境的。该软件可实现测试、在线编程、运行诊断等多种功能,并具有友好的用户界面。系统涉及到温度传感器18B20初始化、BC7281的初始化及其与MCU的通信、主从MCU的通信、以及输出驱动程序等较多的编程点。由于温度、药液的重量等不会突变,可以进行分时采集。所以整个软件系统可以采用分时分段循环的编程思想。这样不仅使得运行程序稳定,而且动作响应及时。程序流程如图6所示。
5 结 语
自动熏洗仪经临床验证,以其独特的恒温保持系统,药液、药蒸气密闭循环系统,满足了中药熏蒸疗法所需的合理温度,以及有效药液的循环利用。该自动熏洗仪作为一款全身、密闭、防交叉的中药熏洗仪器:药液温度控制精度可达±0.5 ℃;温差保持±1 ℃内的熏蒸室;在洗浴时药液循环利用,满足了洗浴非间断性和保持药效;以及操作方便、系统稳定性好、设计合理等特点已在中药熏蒸疗法界得到广泛的应用。
参考文献
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双流体模型气液传质数值模拟初探 篇6
关键词：气液传质,双流体模型,数值模拟
0 引言
近十几年来,随着计算机技术的快速发展以及流体力学相关理论的不断完善,计算流体力学(CFD)用于气液传质理论研究越来越多地受到关注。计算流体力学模型基于流场中质量、动量和能量守恒规律,建立反映气液多相流动的基本流体力学方程组,与经验模型相比有更坚实的理论基础,预测能力强,适用范围广,可用来对反应器的行为进行数值模拟研究,有利于更深入地了解反应器内流动和传递规律,为反应器的优化操作、设计和放大提供理论指导。因此,应用计算流体力学理论于气液传质过程的研究具有非常重要的理论意义和现实意义。
1 双流体模型
1.1 基本假定
双流体模型的推导,一般基于以下三个方面的假设:1)气相和液相均视为连续介质,两相之间相互渗透,共同占有空间区域;2)任意时刻在任何小的空间体积内,都可以认为被相含率分别为αg和αl的气相和液相充满;3)气相为分散相,由大小均匀的球形气泡组成,不考虑气泡的聚并破碎过程。
1.2 基本模型
国际上对双流体模型的研究始于20世纪70年代[3],采用双流体模型建立两相流方程的观点和基本方法是,首先建立每一相的瞬时的、局部的守恒方程,然后采用某种平均的方法得到两相流方程和各种相间作用的表达式。模型基本方程主要包括连续性方程和动量守恒方程,在考虑温度变化时,还要有相应的能量守恒方程。
连续性方程(质量守恒方程):
运动方程(动量守恒方程):
双流体模型中连续相和分散相的控制方程组可以用统一的形式表示为:
其中,k指液相l或气相g;表示某物理量,如速度分量、温度、焓、质量分率、湍动能和湍能耗散速率等;S,k表示各相自身的源项和相互作用引起的源项。方程(3)加上构成源项和输运系数的模型以及一些本构方程和关系式构成了封闭的双流体模型控制方程组[4]。
式(2)中,Fg,l为液相作用于气相的合力;P′为修正压力,定义为:
ηeff,l为液相的有效粘度,一般采用k—ε湍流模型计算液相的湍流粘度,气泡引起的附加湍流粘度可采用Sato模型。
1.3 相互作用力
气液相之间的作用力包括曳力、附加质量力、径向力等。为简便起见,本文仅考虑气液相之间的曳力。Tomiyama于1998年在总结了众多文献中关于单气泡曳力模型的基础上,提出了单气泡曳力系数的统一关联式:
其中,EO为基于气泡最大水平尺寸定义的E tv s准数,其计算公式如下:
其中,dbH为气泡最大水平尺寸,mm;σ为表面张力,N/m。
1.4 气相与液相的湍动修正
在反应容器中,液相的流动一般视为湍流模型,通常采用k—ε湍流模型对液相的湍流粘度进行计算。本文采用Hua&Wang[5]的推导结论,即气相有效粘度和液相有效粘度相等,表达式如下所示:
2 双流体模型的数值求解
2.1 模型求解
本文从有限差分法的角度进行分析,在流场的计算过程中,采用流函数涡量法,计算流程图如图1所示[6]。
流函数涡量法是求解流场的重要方法,其基本求解步骤为:
1)设置网格,即输入网格步长;2)赋初场,包括给定初始速度,压力和k,ε分布等;3)计算动量方程的系数和源项等;4)求解动量方程,得到u*,v*,w*,当不满足精度或者稳定时,再返回第三步;5)求解压力修正方程,求出P′;6)求解其他量。
2.2 结论与讨论
1)网格划分的影响。
图2为四种不同网格对气含率呈边壁峰分布的流动进行模拟的结果对比。可以看出第一种网格的计算结果基本重合,第二种网格较粗,与计算结果有些差距,主要原因是由于壁面区域气含率和液速梯度较大。因此网格划分应该保证该区域内径向变化对网格划分的要求,采用第一种不均匀网格更为合理。
2)径向分布。
图3为内径为100 mm的气升式循环浆态床反应器内当气含率为0.011时改变表观气速测得的气含率径向分布和CFD模拟结果的对比。本实验装置中,在低表观气速下测得的气含率呈明显的径向不均匀分布,而当表观气速增加时,气含率径向分布更为均匀,且边壁区域气含率略高。
3 结语
本文以实验测量和数值模拟相结合的方式对气液传质的流体力学行为进行系统的研究,从更深层次上揭示气液体系的流动机制。研究由于气液体系的复杂性,无论在机理的认识还是模型完善上都需要进一步深入的研究。仅靠宏观分析是不够的,必须从微观入手,包括近微观的实验测定和微观的理论分析,加强界面及界面附近性质的研究和探讨。
参考文献
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气液两相流测量技术的现状及发展 篇7
1 流量测量技术
(1) 传统分离式流量测量技术。根据测量过程中是否对两相流分离可将气液两相流流量测量技术分为分离法和非分离法。传统的分离法应用分离设备将汽液混合物分离成单相气体和液体后, 再通过普通单相流量计进行计量。常用的单相流量测量仪器有差压流量计、涡街流量计、文丘里管、孔板式流量计、靶式流量计、节流原件等。
对于传统的分离方法虽然有着稳定性强, 测量精度高、测量范围宽等优点但是其体积庞大, 造价过高, 造成其经济性较差。
(2) 多流量计测量。因流量计的指示值不仅与各相流量有关, 还与两相流体的干度相关, 因此在更多的情况下, 采用两种不同特性的流量计组合测量。例如:节流元件-多孔动压探针 (笛形管) , 孔板-文丘里管, 靶式流量计-涡轮流量计, 文丘里管-涡轮流量计, 垂直上升压差-垂直下降压差。该方法装置简单, 但测量范围小, 受到具体流型的制约。
近些年对单个流量计与射线流量计组合研究更加深入。
(3) 分流分相法。前以述及分流分相的气液两相流测量方法, 其原理是通过分流分相的方法, 从被侧两相流体中成比例的分流、分离出一定份额的单相气体和单相液体, 经单相流量计计量后根据比例关系确定出两相流体的各相流量。
被测两相流体流过分配器时被分成两部分:一部分两相流体 (80%~95%) 沿原通道继续向下游流动, 称这部分流体为主流体, 这一支路为主流体回路;另一部分两相流体 (5%~20%) 则进入了分离器, 称这部分流体为分流体, 这一支路为分流体回路.分流体经分离器分离后, 气体和液体分别进入气体流量计和液体流量计进行计量, 最后又重新与主流体汇合。
(4) 超声波法。超声波测速原理基于超声波在静止流体中的传播速度不同, 即对于固定坐标系来说, 超声波传播速度与流体的流速有关。
清华大学王铁峰, 王金福等在超声多普勒测速仪在液-固和气-液两相测量应用中指出超声多普勒测速仪实现了非接触式测量, 并且能得到瞬态速度的空间分布。由于超声波测得的是流体的流速, 故通常是与密度计结合, 用于测量流体的质量流量。
2 流型检测技术
气液两相流流型的检测技术对实际工程应用起着非常重要的作用。通过控制流动参数可以避免有害流型的出现, 保证设备安全运行。目前流型检测方法包括信号特征分析法、层析成像法、高速摄影法等前处理方法, 小波分析法等后处理方法。
(1) 特征信号分析法。特征信号分析法指通过分析传感器的随机信号特征来进行流型识别。接收这些信号的传感器主要包括电学、光学、热膜、差压和γ射线传感器等。
随着传感器技术的发展新型探针的应用, 气液两相流的测量变得更加切实可行, 比如光纤探头、电导探头、热膜探头等。
(2) 压差法。差压法, 也称压差法, 压差波动法是通过采集气液两相流动的压差信号, 并对压差信号进行统计分析的流型识别方法。这种压差信号是由于管内局部点上气、液介质的交替出现而产生的。对获得的信号进行分析处理, 再与神经网络结合, 可以对流行实现客观的智能识别。其中对于噪声的处理采用小波包技术, 后面将述及。
(3) 过程层析成像法。层析成像也称计算机层析成像, 指在不影响测量对象内部特征的条件下, 从外部获得的测量对象不同方向的投影数据, 然后通过计算机重建测量对象内部的二维/三维图像。过程层析成像技术主要以工业过程尤其是两相流和多相流为检测对象, 具有非接触性与实时性等优点。
(4) 高速摄影法。高速摄影法就是利用高速照相机或摄像机, 通过透明管段或透明窗口拍摄流体的运动状态, 再利用计算机获取拍摄到图片对典型的流型图像进行简单的预处理, 使得敏感对比更加信命, 噪声尽量减小, 以于特征的提取。
但高速摄影法存在两个问题:一个问题是由于多相流具有复杂的界面, 易产生相对多重的反射或和折射而影响成像清晰度。另一个问题是由于采用高速摄影, 所得信息太多, 因而又带来了分析或处理这些数据的困难。
(5) 小波分析法。小波包分析简称小波分析, 能够为信号提供一种更加精细的分析方法, 它将频带进行多层次划分, 对分辨分析没有细分的高频部分进一步分解, 并能够根据被分析信号的特征, 自适应地选择相应频带, 使之与信号频谱匹配, 从而提高了时-频分辨率, 因此小波包具有更广泛的应用价值。
3 结束语
通过对各个气液两相流动参数测量方法的分析, 一种良好的测量技术或检测方法必须具有成本低、应用范围广、实时性强、系统工作可靠、安全等特点。在流量测量方面多种方法综合使用或分流分相法, 以及对这些方法的优化将是未来研究的热点。在流型检测方面, 对层析成像法、信号处理的各个发法的深入研究, 以及对各个模型的优化和组合利用的是目前的趋势。
参考文献
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