絲網(wǎng)除沫器的設(shè)計(jì)計(jì)算

1、儲(chǔ)氣氣液分離容器的工藝計(jì)算1. 氣液分離器的選用1.1 對(duì)濕飽和蒸汽進(jìn)行氣液分離的目的從氣源流入儲(chǔ)氣罐的蒸汽為濕飽和蒸汽，濕蒸汽中含有一定量的液態(tài)水顆粒，這將會(huì)對(duì)飽和蒸汽的精確計(jì)量造成不利的影響。為提高飽和蒸汽中氣相質(zhì)量含率，改善飽和蒸汽的計(jì)量精度，需要在儲(chǔ)氣罐中設(shè)置氣液分離裝置，濾除飽和蒸汽中的液態(tài)水顆粒。1.2 不同類型氣液分離器及其適用情況目前工業(yè)當(dāng)中最常用的共有兩種類型的氣液分離設(shè)備，分別為立 / 臥式重力分離器和立/ 臥式絲網(wǎng)分離器。重力分離器通常用于液體顆粒直徑大于200 m 的氣液分離，對(duì)于直徑較小的液體顆粒則分離效果較差；而絲網(wǎng)分離器可以有效分離氣體中直徑大于3m5m的液體顆粒

2、。濕蒸汽中液態(tài)水顆粒直徑一般在數(shù)十至數(shù)百微米量級(jí)，若采用重力分離器則難以完全濾除，因此宜采用絲網(wǎng)分離器對(duì)濕飽和蒸汽進(jìn)行氣液分離。1.3 絲網(wǎng)除沫器的基本原理工業(yè)中一般用液體顆粒的直徑對(duì)霧、沫、 液滴進(jìn)行定義，直徑 <10 m 的液體顆粒稱為霧；直徑介于10 m1000 m的液體顆粒稱為沫；直徑>1000 m的液體顆粒稱為液滴。絲網(wǎng)分 離器能有效分離氣體中直徑大于3 m5 m的液體顆粒，因此又稱作絲網(wǎng)除沫器或絲網(wǎng)除 沫器。絲網(wǎng)除沫器主要構(gòu)成為一固定安裝的絲網(wǎng)組件，由絲網(wǎng)和上下支承柵條組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、空隙率大、壓力降小、接觸表面積大、除沫效率高、安裝操作維修方便、使用壽命長(zhǎng)

3、等優(yōu)點(diǎn)。其工作原理如圖所示。當(dāng)帶有液體顆粒的氣體以一定速度上升通過(guò)絲網(wǎng)時(shí)，由于霧沫上升的慣性作用，霧沫與絲網(wǎng)細(xì)絲相碰撞而被附著在細(xì)絲表面上。細(xì)絲表面上霧沫的擴(kuò)散、霧沫的重力沉降，使霧沫形成較大的液滴并沿著細(xì)絲流至網(wǎng)絲的交接點(diǎn)處。細(xì)絲的可潤(rùn)濕性、液體的表面張力及細(xì)絲的毛細(xì)管作用，使得液滴越來(lái)越大，當(dāng)聚集的液滴大到其自身產(chǎn)生的重力超過(guò)氣體的上升力與液體表面張力的合力時(shí)，液滴就會(huì)脫離細(xì)絲而下落至容器底部。絲網(wǎng)除沫器對(duì)氣體中霧沫顆粒的捕集效率達(dá)98%-99.8%， 氣體通過(guò)絲網(wǎng)除沫器后基本上不含霧沫。而氣體通過(guò)除沫器的壓力降卻很小，一般只有250-500 Pa 。2. 絲網(wǎng)除沫器的工藝設(shè)計(jì)2.1 絲網(wǎng)

4、除沫器材質(zhì)及網(wǎng)型的選擇2.1.1 網(wǎng)絲材質(zhì)的選擇絲網(wǎng)材料可采用各種不同的金屬或非金屬材料，常用的有不銹鋼、蒙乃爾合金、鍥及 鍥合金、銅、鋁、碳鋼、鑰、工程所料（聚氯乙烯、聚乙烯）等。其中304不銹鋼是一種應(yīng)用最廣泛的不銹鋼材料。它具有成本低、耐高溫（可耐受1000 C-1200 C的高溫）、耐銹蝕性好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)堿溶液及大部分有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸也 具有良好的耐腐蝕能力，非常適宜濕飽和蒸汽環(huán)境下使用。因此，選用304不銹鋼作為濕飽和蒸汽絲網(wǎng)除沫器的絲網(wǎng)材料2.1.2 網(wǎng)絲網(wǎng)型的選擇根據(jù)HG/T216181998標(biāo)準(zhǔn)，絲網(wǎng)除沫器用氣液過(guò)濾網(wǎng)規(guī)格有：SP （標(biāo)準(zhǔn)型）、DP（高 效性）、HR （高穿透型

5、）、HP （阻尼性）型四種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。各規(guī)格的絲網(wǎng)特性參數(shù)如下表所 示。SP氣液過(guò)濾網(wǎng)DP氣液過(guò)濾網(wǎng)HRHP氣液過(guò)濾網(wǎng)網(wǎng)型絲徑(mm)堆積密度（Kg /m3）比表面積（m2/ m3）空隙率性能特定SP標(biāo)準(zhǔn)型扁絲0.1 X0.41684750.9788性能介于DP型 和HR型之間。每100mm厚的網(wǎng)墊為25層絲 網(wǎng)圓絲0.23320DP高效性扁絲0.1 X0. 31866260.9765除霧效果最好， 但壓損較大.每100mm厚的 網(wǎng)墊為32層絲 網(wǎng)圓絲0.19484HR高穿透型扁絲0.1 X0.41343130.9875壓損最小。每100mm厚的網(wǎng)墊為20層絲網(wǎng)圓絲0.23217HP阻尼性圓絲0

6、.08 0.221284030.9839可用于消除或 減緩震動(dòng)的不 良后果注：（1）表中數(shù)據(jù)均為304不銹鋼材質(zhì)金屬絲網(wǎng)性能參數(shù)(2)堆積密度：除沫器網(wǎng)塊的質(zhì)量與其所占空間體積的比值比表面積：多孔固體物質(zhì)單位質(zhì)量所具有的內(nèi)表面積與外表面積之和 空隙率：散粒材料的堆積體積中，顆粒之間的空隙體積占堆積體積的百分率 對(duì)濕飽和蒸汽進(jìn)行除霧，沒(méi)有對(duì)壓力損失的嚴(yán)格要求，為盡量將飽和蒸汽中的液體顆粒濾除干凈，選用DP高效型過(guò)濾網(wǎng)，使用圓形網(wǎng)絲。2.1.3 絲網(wǎng)除沫器網(wǎng)塊厚度絲網(wǎng)除沫器網(wǎng)塊的網(wǎng)層厚度分為 100mm和150mm兩種規(guī)格。如氣體內(nèi)霧沫含量較低 或除沫要求不高，可采用 H=100mm的絲網(wǎng)除沫器；

7、如具體內(nèi)霧沫含量較高且除沫要求較 高，則需采用150mm的除沫器。為提高除沫效率，采用150mm厚度規(guī)格絲網(wǎng)除沫器2.2 絲網(wǎng)除沫器安裝形式的選擇絲網(wǎng)除沫器分上裝式和下裝式。當(dāng)人孔位于絲網(wǎng)除沫器的上方時(shí)， 選用上裝式絲網(wǎng)除 沫器；當(dāng)人孔位于絲網(wǎng)除沫器的下方時(shí)，則選用下裝式絲網(wǎng)除沫器。根據(jù)儲(chǔ)氣容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，絲網(wǎng)除沫器應(yīng)安裝于人孔上方，因此采用下裝式安裝結(jié)構(gòu)。2.3 絲網(wǎng)除沫器尺寸的計(jì)算2.3.1 操作氣速的計(jì)算操作氣速即氣體通過(guò)絲網(wǎng)的速度，操作氣速應(yīng)選取適宜。操作氣速過(guò)底，霧沫在氣體 中的慣性太小，處于飄浮狀態(tài)，通過(guò)絲網(wǎng)層時(shí)霧沫在絲網(wǎng)中飄浮而不能除凈；操作氣速太 高，聚集的液滴不易從絲網(wǎng)中下落

8、，液體充滿絲網(wǎng)，使被捕集的液滴又飛濺起來(lái)，又被氣 體夾帶走，造成液泛現(xiàn)象，從而降低除沫效率。操作氣速與除沫效率的關(guān)系如下圖所示。(1)計(jì)算液泛速度液泛速度計(jì)算公式為：式中：Vf一液泛速度，即造成液泛現(xiàn)象的最低氣流速度，m/sK一氣液過(guò)濾網(wǎng)常數(shù)，與絲網(wǎng)網(wǎng)型有關(guān)，可參考下表進(jìn)行選取g工作溫度及壓力下，氣體的密度,Kg / m3網(wǎng)型常數(shù)KSP0.201HP0.233DP0.198HR0.222l一工作溫度及壓力下，液體顆粒的密度，Kg/m3(2)計(jì)算操作氣速求得液泛速度Vf之后，操作氣速可用下式進(jìn)行選擇:Vg(0.21.0)Vf式中：Vg操作氣速，m/s操作氣速的計(jì)算過(guò)程:濕蒸汽氣源處的壓力范圍為1

9、.6-2.5 MPa,經(jīng)過(guò)自力式壓力調(diào)節(jié)閥后流入儲(chǔ)氣罐。當(dāng) 氣源壓力可以達(dá)到2.5 MPa時(shí)，自力式調(diào)節(jié)閥的閥后壓力可以穩(wěn)定在 0.5至2.0MPa。當(dāng)氣源壓力降為到1.6 MPa時(shí)，自力式調(diào)節(jié)閥的閥后壓力可以穩(wěn)定在 0.5至1.3MPa。儲(chǔ)氣罐的壓力 損失很小，因此自力式壓力調(diào)節(jié)閥的閥后壓力即可認(rèn)為是飽和蒸汽流入儲(chǔ)氣罐時(shí)的壓力。則流入儲(chǔ)氣罐中飽和濕蒸汽的壓力最高為 2.0Mpa,最低為0.5Mpa。濕飽和蒸汽中液體和氣體的密度值與壓力值是一一對(duì)應(yīng)的，因此需要分各壓力情況計(jì)算液泛速度，然后取其交集1 .壓力為2.0Mpa時(shí)的操作氣速當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力為2.0Mpa時(shí)，溫度為215 C飽和蒸汽的密度

10、g 為 10.57 Kg /m3 ,液體顆粒的密度為846.55 Kg / m3,選用DFW效型絲網(wǎng),K的值為0.198。將以上數(shù)據(jù)代入公式可2 .壓力為1.8Mpa時(shí)的操作氣速當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力為1.8Mpa時(shí)，溫度為210 C飽和蒸汽的密度g 為9.593 Kg /m3,液體顆粒的密度為852.8 Kg /m3 ,選用D前效型絲網(wǎng),K的值為0.198 。將以上數(shù)據(jù)代入公式可3.壓力為1.6Mpa時(shí)的操作氣速當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力為1.6Mpa時(shí)，溫度為204飽和蒸汽的密度 g為8.522 Kg/m3 ,液體顆粒的密度為857 Kg / m3,選用D前效型絲網(wǎng),K的值為0.198。將以上數(shù)據(jù)代入公式可得

11、4 .壓力為1.4Mpa時(shí)的操作氣速當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力為1.4Mpa時(shí)，溫度為198C 。飽和蒸汽的密度g為7.551 Kg /m3 ,液體顆粒的密度為865 Kg / m3,選用D前效型絲網(wǎng),K的值為0.198。將以上數(shù)據(jù)代入公式可得5 .壓力為1.2Mpa時(shí)的操作氣速當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力為1.2Mpa時(shí)，溫度為192C。飽和蒸汽的密度g為6.671 Kg /m3 ,液體顆粒的密度為874 Kg/m3,選用DP5效型絲網(wǎng),K的值為0.198。將以上數(shù)據(jù)代入公式可得6 .壓力為1.0Mpa時(shí)的操作氣速當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力為1.0Mpa時(shí)，溫度為184 C。飽和蒸汽的密度 g為5.63Kg/m3,液體顆粒的密度

12、為882 Kg/m3,選用DFW效型絲網(wǎng)，K的值為0.198。將以上數(shù)據(jù)代入公式可得7 .壓力為0.8Mpa時(shí)的操作氣速當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力為0.8Mpa時(shí)，溫度為175 C飽和蒸汽的密度g為4.618 Kg /m3 ,液體顆粒的密度為892.1 Kg /m3,選用D前效型絲網(wǎng),K的值為0.198 。將以上數(shù)據(jù)代入公式可8.壓力為0.6Mpa時(shí)的操作氣速當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力為0.6Mpa時(shí)，溫度為165 C飽和蒸汽的密度g 為3.671 Kg /m3,液體顆粒的密度為902.35 Kg/m3,選用DFft效型絲網(wǎng),K的值為0.198。將以上數(shù)據(jù)代入公式可9.壓力為0.5Mpa時(shí)的操作氣速當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力為0

13、.5Mpa時(shí)，溫度為152 C飽和蒸汽的密度g 為2.679 Kg /m3 ,液體顆粒的密度為917.1 Kg /m3,選用D前效型絲網(wǎng),K的值為0.198 。將以上數(shù)據(jù)代入公式可取以上各操作氣速區(qū)間的交集，即絲網(wǎng)除沫器的操作氣速范圍為0.732m/s 1.76m/s。2.3.2除沫器直徑的計(jì)算絲網(wǎng)除沫器直徑的計(jì)算，由所需的氣體處理量和操作氣速有關(guān)。圓形的絲網(wǎng)除 沫器，其直徑由以下公式計(jì)算確定：式中：D一絲網(wǎng)除沫器計(jì)算直徑，mQ絲網(wǎng)除沫器的氣體處理量，即每秒鐘通過(guò)絲網(wǎng)除沫器的氣體體積,3 /m /sVg操作氣速，m/s除沫器直徑的計(jì)算過(guò)程:(1)飽和濕蒸汽流入儲(chǔ)氣罐可能出現(xiàn)的最大體積流量為14

14、000 Kg /h,5225.83m3/h 1.45m3/s (14t/h, 0.5 Mpa )2.679 Kg/m 3真實(shí)情況下的最大氣量可能會(huì)略小于這個(gè)數(shù)值。假設(shè)絲網(wǎng)除沫器最大氣體處理量為1.45m3 /s ,為保證操作氣速在0.732m/s 1.76m/s范圍之內(nèi)，由公式D:Q可得，最大氣體處理量時(shí)，絲網(wǎng)除沫器的直徑選擇范圍為:Vg4 1 454 1 45mm D :m計(jì)算得：1024mm D 1589mm1.76:0.732I取最大直徑的絲網(wǎng)除沫器直徑為1000mm，根據(jù)公式D I 4Q 可得:；Vg2其能處理的最小氣量為 一色0m0.732m/s 0.57m3/s；42其能處理的最大

15、氣量為 一(0m) 1.76m/s 1.38m3/s；4則1000mm絲網(wǎng)除沫器所能處理氣量范圍為：0.57m3/s1.38m3/s(2)按設(shè)計(jì)計(jì)劃，要求絲網(wǎng)除沫器的最小氣體處理量為97Kg/h33 _Kg : 3.6m3/h 0.001m3/s (0.0097 t/h, 0.5 Mpa )2.679 Kg/m 3按照公式D產(chǎn)一計(jì)算的所需要的絲網(wǎng)除沫器直徑選擇范圍為：Vg計(jì)算得：27mm D 42mm但根據(jù)HG/T 216181998標(biāo)準(zhǔn)，下裝式絲網(wǎng)除沫器的最小直徑為 700mm,由公式D J/Q可得，700mm絲網(wǎng)除沫器可以進(jìn)行有效除沫處理的最小氣量和最大氣量 Vg分別為則700mm絲網(wǎng)除沫

16、器所能處理氣量范圍為：0.28m3/s 0.68m3/s(3)為考慮安裝DN1000和DN700 mm兩種尺寸的絲網(wǎng)除沫器。8 .4絲網(wǎng)除沫器除沫效果驗(yàn)算絲網(wǎng)除沫器的氣液分離效率有兩部分構(gòu)成，分別是直接攔截分離效率和慣性撞擊效 率。(1)直接攔截氣體流過(guò)絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)時(shí)，如果氣體中的液滴大于絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的孔徑，它們將受到孔的攔截而 被分離出來(lái)。若液滴直接撞擊絲網(wǎng)，它們也將被攔截。直接攔截可以收集一定數(shù)量比其孔徑 小的顆粒單網(wǎng)直接攔截效率計(jì)算公式為：1r123式中：Ku11n2441為絲網(wǎng)孔隙率dR d為液體顆粒的平均直徑，m ; Dw為絲網(wǎng)絲徑，mDw(2)慣性撞擊液滴在流動(dòng)的氣體中具有質(zhì)量和速度，所以

17、它具有動(dòng)量。當(dāng)氣體和它所夾帶的液滴通過(guò) 絲網(wǎng)時(shí)，氣體將選取阻力最小的通道流過(guò)，并且將順著絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)改變方向，即流線發(fā)生偏折。 因?yàn)橐旱尉哂袆?dòng)量，所以較大液滴由于慣性作用仍然向前作直線運(yùn)動(dòng)，使位于氣流中心或者 接近氣流中心處的液滴投向或撞擊到絲網(wǎng)上而被分離出來(lái)。 在氣液分離中，慣性撞擊對(duì)粒徑 大于20 pm的大液滴所起的作用是比較明顯的。當(dāng)操作氣速小于液泛速度時(shí)，單網(wǎng)慣性撞擊捕沫效率計(jì)算公式為：式中：K 一碰撞系數(shù),d2 LVg18 gDw為與和R相關(guān)的參數(shù)，對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)下表0.010.020.050.10.20.50.0050.000760.002940.01760.06380.2170.010.

18、00090.003390.02080.07550.2570.020.00110.00480.02550.09260.3131.210.050.001570.00590.03650.1340.441.780.10.00230.008520.05280.1990.6242.36d 液體顆粒的平均直徑，mDw一絲網(wǎng)絲徑，0.19 10 3 mg 氣體動(dòng)力粘度，Kg / m.sVg 一操作氣速L 工作溫度及壓力下，液體顆粒的密度，Kg / m3g一工作溫度及壓力下，氣體的密度， Kg/m3(3)當(dāng)操作氣速小于液泛速度時(shí)，絲網(wǎng)除沫器總的除沫效率計(jì)算公式為:E 1 1 C( r i)n ,式中：E一總除沫

19、效率，100%C一與絲網(wǎng)型式有關(guān)的系數(shù)網(wǎng)型系數(shù)CSP0.16HP0.17DP0.15HR0.165n一絲網(wǎng)層數(shù)1000mm絲網(wǎng)除沫器所能處理氣量范圍與700mm絲網(wǎng)除沫器所能處理氣量范圍有交 集，且并集0.28m3/s1.38m3/s。當(dāng)處理氣量 處于0.28m3/s 1.38m3/s范圍之內(nèi)時(shí)，濕 蒸汽總能以合適的操作氣速通過(guò) DN1000nm或DN700nm的絲網(wǎng)除沫器，濕蒸汽中的液滴顆 ?？梢员挥行V除，不必進(jìn)行效果驗(yàn)算。對(duì)最小處理氣量進(jìn)行除沫效果的驗(yàn)算，按設(shè)計(jì)計(jì)劃，絲網(wǎng)除沫器的最小氣體處理量為0.001 m3/s,儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力為0.5Mpa,溫度為152 C。飽和蒸汽的密度 g為2.6

20、79 Kg / m3, 液體顆粒的密度 l為917.1 Kg/m3,系數(shù)C取0.15,每個(gè)絲網(wǎng)除沫器絲網(wǎng)層數(shù) n為45, d取 5 10-6m, Dw取0.19 10 3 m ,蒸汽粘度 g取1.41 10 5 Kg/m.s ,濕蒸汽通過(guò)1000mm除沫 器的操彳氣速Vg為0.0013m/s,通過(guò)700 mm除沫器的操作氣速Vg為0.0026m/s g g1 .濕蒸汽通過(guò)通過(guò)1000mm除沫器的除沫效率計(jì)算過(guò)程為：(1)單網(wǎng)直接攔截效率計(jì)算(2)單網(wǎng)慣性撞擊捕沫效率計(jì)算 0.0048(3)總效率計(jì)算2 .濕蒸汽通過(guò)通過(guò)700mm除沫器的除沫效率計(jì)算過(guò)程為：(1)單網(wǎng)直接攔截效率計(jì)算(2)單網(wǎng)慣

21、性撞擊捕沫效率計(jì)算 0.0048(3)總效率計(jì)算3 .通過(guò)兩層絲網(wǎng)后的除沫效率為4 .4絲網(wǎng)除沫器壓損的計(jì)算氣體通過(guò)絲網(wǎng)除沫器后的壓降損失可以通過(guò)以下公式進(jìn)行計(jì)算，一般要求絲網(wǎng)除沫器的的壓降損失控制在250-500 Pa以下。式中:p一壓力損失，Pa1.5f一絲網(wǎng)對(duì)氣體的摩擦系數(shù)，對(duì)于金屬絲網(wǎng)，一般可以取Vg一操作氣速，取1.584m/sH 一絲網(wǎng)厚度，取0.15mg一氣體密度，取10.57Kg/m3一絲網(wǎng)孔隙率，可參照下表進(jìn)行選取網(wǎng)型空隙率SP0.9788HP0.9839DP0.9765HR0.9832Gc一重力加速度，取9.8m/s2Dw一絲網(wǎng)絲徑，0.19 10 3 m經(jīng)過(guò)計(jì)算:150mm