無錫市石油化工設(shè)備px分離器試驗(yàn)研究

新一代PX型高效旋風(fēng)分離器的試驗(yàn)研究

報(bào)告人：孫國剛中國石油大學(xué)（北京）過程裝備實(shí)驗(yàn)室無錫市石油化工設(shè)備有限公司１、研究背景及目標(biāo)

２、PX型新結(jié)構(gòu)的理論依據(jù)

３、實(shí)驗(yàn)室Φ300mm模型試驗(yàn)研究４、PX與ＰＶ型的大冷模對比試驗(yàn)

５、結(jié)論

匯報(bào)內(nèi)容、研究背景及目標(biāo)

ＰＶ型研究開發(fā)成功（1989年）

頂替國外產(chǎn)品（GE、Emtrol）大面積推廣應(yīng)用：

催化裂化、石油化工、燃煤循環(huán)流化床、煤氣化...十幾年，產(chǎn)生了很好的社會經(jīng)濟(jì)效益

ＰＶ型有很好的理論研究基礎(chǔ)和一套完整的設(shè)計(jì)方法并且已經(jīng)過了工程實(shí)踐的考驗(yàn)。

旋風(fēng)分離器的各部分尺寸都可根據(jù)裝置工藝要求進(jìn)行調(diào)整，靈活設(shè)計(jì)、精細(xì)設(shè)計(jì)。

ＰＶ型旋風(fēng)分離器是一項(xiàng)國內(nèi)領(lǐng)先的成熟可靠的技術(shù)石油工業(yè)的形勢發(fā)展

產(chǎn)品需求日益增加、產(chǎn)品質(zhì)量要求日益提高、環(huán)保日漸嚴(yán)格。

增產(chǎn)提效、節(jié)能降耗成為催化裝置的一個主題

新的形勢對旋風(fēng)分離器提出了新的要求

(1)降壓降，增加處理量

(2)對細(xì)粉的捕集效率能再稍稍提高一些

(3)適應(yīng)更苛刻的運(yùn)行環(huán)境二、PX型新結(jié)構(gòu)的理論依據(jù)及特點(diǎn)2.1LDV測試PV型旋分器內(nèi)全空間三維強(qiáng)旋湍流場a、入口截面上的氣量分配量是上小下大，很不均勻;由于入口下部離升氣管下口很近，易走短路。

矩形蝸殼入口截面上切向速度沿徑向的分布曲線b、升氣管下口附近對效率有明顯不利的向心徑向速度沿周向分布是很不均勻的，向心的短路流氣體以270o～0o間為多,180o方位處最少。升氣管下口附近的徑向速度沿圓周方位的分布圖

c、灰斗頂部有一小段空間出現(xiàn)外側(cè)上行軸向速度；說明該處可能有灰環(huán)形成，使灰斗氣體向上返回排塵口時，易導(dǎo)致細(xì)灰返混，不利于分離。灰斗頂部空間軸向速度分布圖x－dr=79mm，o－dr=110mm2.2旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)想a、入口向上斜一個角度→粉料分布均勻；b、升氣管下口沿周向長度可變或適度偏心放置→升氣管下口氣量沿周向分布盡量均勻；c、排塵口處采用擴(kuò)錐段結(jié)構(gòu)→消除灰斗內(nèi)頂灰環(huán)。

PX型旋風(fēng)分離器簡圖

2.3結(jié)構(gòu)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法及步驟本研究采用與標(biāo)準(zhǔn)PV型旋風(fēng)分離器在相同試驗(yàn)條件下進(jìn)行冷模試驗(yàn)對比的方法進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)步驟：a、小模型單個結(jié)構(gòu)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，選出能夠抑制不同不利因素的結(jié)構(gòu)；b、小模型組合結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)，將選出的好的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化組合；c、將組合結(jié)構(gòu)放大，近似工業(yè)尺寸的對比試驗(yàn)

三、實(shí)驗(yàn)室Φ300mm模型試驗(yàn)研究3.1實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)流程

基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ??300mm、180o渦殼PV型旋風(fēng)器

主要結(jié)構(gòu)參數(shù):Ka=5.5，=0.4實(shí)驗(yàn)粉料:450目滑石粉密度為2700kg/m3

中位粒徑12μm實(shí)驗(yàn)流程圖

3.2單個結(jié)構(gòu)改進(jìn)試驗(yàn)3.2.1入口上斜

目的：入口粉料上下分布均勻；消除頂灰環(huán)3.2.2排氣管下口半切目的：使升氣管下口氣量沿周向分布盡量均勻；減少短路流3.2.3排塵口加倒錐

目的：消除灰斗內(nèi)頂灰環(huán)；減弱灰斗反混3.3組合結(jié)構(gòu)試驗(yàn)3.4實(shí)驗(yàn)室Φ300mm模型冷態(tài)對比試驗(yàn)結(jié)論

①入口上傾一定角度，可以削弱頂灰環(huán)的不利影響，能夠改善旋風(fēng)分離器的分離性能。它能使旋分器的效率升高的同時，壓降有所降低。②芯管半切(約120度方位)能夠使旋風(fēng)分離器環(huán)形空間流場更加對稱，能減少短路流，從而提高旋風(fēng)分離器效率，但對壓降影響不大。③排塵口加倒錐能夠削弱灰斗返混，從而提高旋風(fēng)分離器效率，并使壓降有所降低。④PX型旋風(fēng)分離器(即傾斜入口、半切芯管及排塵口倒錐的組合結(jié)構(gòu))的分離性能要優(yōu)于PV型旋分器，同時也優(yōu)于改進(jìn)單個結(jié)構(gòu)時的分離效果，表明其具有組合效應(yīng)。為下一步放大試驗(yàn)確定了結(jié)構(gòu)模型。

四、新型PX高效旋風(fēng)分離器冷態(tài)放大試驗(yàn)

鑒于旋風(fēng)分離器性能與其直徑大小有密切關(guān)系，所以實(shí)驗(yàn)室成果必須進(jìn)行一次尺寸放大試驗(yàn)以驗(yàn)證它的放大效應(yīng)。4.1PX型旋風(fēng)分離器放大試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

指導(dǎo)思想－參照附件[旋風(fēng)分離器性能評價的基本原理與基本方法]

基準(zhǔn)模型－PV型高效旋風(fēng)分離器（FCC裝置中的第二級分離器），主要參數(shù)Φ800mm,Ka=5.5,

＝0.4。對比試驗(yàn)用PX型和PV型旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)圖

大型冷態(tài)試驗(yàn)裝置平面布置示意圖

大型冷態(tài)試驗(yàn)裝置立面布置示意圖

(1)試驗(yàn)工況

試驗(yàn)系統(tǒng)完全對等，模型尺寸完全一樣，同時同地同工況進(jìn)行對比試驗(yàn):

1、常溫常壓環(huán)境2、吸風(fēng)式負(fù)壓操作3、試驗(yàn)用325目滑石粉4、入口濃度取10g/m3

5、每次加滑石粉量50kg6、入口氣速在16～28m/s之間4.2試驗(yàn)方案與試驗(yàn)內(nèi)容

(2)測試方法

a.溫度及濕度試驗(yàn)時大氣的溫度和濕度用干濕球溫度計(jì)測定。b.入口氣量本試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)畢托管在入口管道上測定進(jìn)入旋風(fēng)分離器的流量。c.壓力與壓降所有測壓點(diǎn)的靜壓以及旋風(fēng)分離器的壓降均用U形管壓差計(jì)測定。d.分離效率

收料罐的收料量及入口加料量均用電子磅秤稱量。本試驗(yàn)采用大電子磅秤，其最大量程為150Kg，其最小刻度50g。稱量誤差可控制在0.1%之內(nèi)。e.粉料取樣及分析對旋風(fēng)分離器入口粉料及各旋風(fēng)分離器所捕集的粉料，均用隨機(jī)取樣法采集樣品。樣品的粒度分布用Coulter粒度分析儀測定。f.入口濃度采用加料量Gi(kg)及加料時間τ(s)來調(diào)整

式中：Qi─入口氣量，m3/s

。本次試驗(yàn)的入口氣量在5250m3/h～8260m3/h間變化，每次試驗(yàn)加料量Gi為50kg，故每次加料時間大約在36～57分鐘之間。(3)試驗(yàn)方法與步驟

每次試驗(yàn)的基本步驟為：①對原始粉料取樣、稱重，裝入位于該層平臺的加料斗內(nèi)。②檢查各收料罐的蝶閥是否關(guān)緊、各處連接密封是否嚴(yán)密。③啟動風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)氣量至試驗(yàn)需要值，并保證兩類旋風(fēng)分離器在相同的流量下進(jìn)行試驗(yàn)。氣量調(diào)好后，取出畢托管；測定各處靜壓及壓降。④啟動星形加料器，開始加料并用秒表記錄加料時間。加料完畢后風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行5～10分鐘，并首先敲擊入口管道直至管道內(nèi)無沉積的粉塵，然后依次繼續(xù)敲擊旋風(fēng)分離器、料腿、收料罐等以防粉塵沉積、粘附，最后關(guān)停風(fēng)機(jī)。每次敲擊力度與時間要大體相似。⑤逐個收集旋風(fēng)分離器捕集的粉料，并將收集的粉料分別稱重、取樣。⑥每個工況要重復(fù)3次，三次試驗(yàn)結(jié)果的平均值作為該工況下的取值。若發(fā)現(xiàn)各次結(jié)果差別較大，則要仔細(xì)檢查裝置及粉料，重新試驗(yàn)，直到數(shù)據(jù)穩(wěn)定為止。⑦一個工況完成后，再重復(fù)上述操作，調(diào)整氣量到另一個工況進(jìn)行同樣的試驗(yàn)。⑧全部工況試驗(yàn)完成之后處理數(shù)據(jù)，繪制成對比曲線，進(jìn)行性能評價與分析。4.3冷態(tài)放大對比試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.3.1兩類旋風(fēng)分離器效率及壓降對比

①在任一入口氣速下，PX型的效率總比PV型高,高約0.3～1.1個百分點(diǎn)。②PX型的壓降比PV型的壓降低，而且隨著入口氣速的增加，差值隨之增大，約為10%～17%。4.3.2同壓降下兩類旋風(fēng)分離器效率及流量的對比①在相同壓降下，PX型的效率始終比PV型效率高,高約有0.65～1個百分點(diǎn)

。②在相同壓降下，PX型旋風(fēng)分離器的處理氣量始終比PV型旋風(fēng)分離器的高，約高17～20%。

4.3.3兩類旋風(fēng)分離器逃逸率的比較

分離效率是從分離器所捕集的粉量的角度來評價分離器性能的，也可以用未被捕集而從排氣管中逃逸的粉量來表示。未被捕集的粉量占進(jìn)入分離器總粉量的百分?jǐn)?shù)稱為逃逸率P，P=1-η。

左圖是PX型與PV型兩類旋風(fēng)分離器逃逸率的對比。從圖中可以看出，PX型的逃逸率比PV的下降了大約10%～20%,差異是很明顯的。4.3.4兩類旋風(fēng)分離器粉料的粒度比較

入口氣速為19m/s時兩類旋分器入口及捕集粉料粒度分布對比圖

入口氣速為22m/s時兩類旋分器入口及捕集粉料粒度分布對比圖

從上面兩副圖可以看出，兩類旋風(fēng)分離器試驗(yàn)所用的粉料粒徑幾乎一樣；而PX型旋風(fēng)分離器所捕集粉料的粒徑比PV型旋風(fēng)分離器所捕集粉料的粒徑要細(xì)，由此我們可以證明PX型旋分器比PV型旋分器的捕集效率要高，同時還可以證明本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，說明上述試驗(yàn)所得結(jié)論是可信的。

結(jié)論：

綜合以上分析，我們認(rèn)為本次大尺寸旋風(fēng)分離器的冷模對比試驗(yàn)是成功的，試驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。我們成功的在第一代PV型高效旋風(fēng)分離器的基礎(chǔ)上開發(fā)成了第二代PV型旋風(fēng)分離器—PX型高效旋風(fēng)分離器。新開發(fā)的PX型旋風(fēng)分離器和現(xiàn)有的PV型旋風(fēng)分離器相比，效率更高、壓降更低，具有更好的分離性能。在相同壓降下，新開發(fā)的PX型旋風(fēng)分離器的效率始終高于PV型旋風(fēng)分離器的效率；隨著壓降由低到高，PX型的效率比PV型的效率提高了約