絲網(wǎng)除沫器的設計計算

1、儲氣氣液分離容器的工藝計算1. 氣液分離器的選用對濕飽和蒸汽進行氣液分離的目的從氣源流入儲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 對飽和蒸汽的精確計量造成不利的影響。為提高飽和蒸汽中氣相質(zhì)量含率，改善飽和蒸汽 的計量精度，需要在儲氣罐中設置氣液分離裝置，濾除飽和蒸汽中的液態(tài)水顆粒。不同類型氣液分離器及其適用情況目前工業(yè)當中最常用的共有兩種類型的氣液分離設備， 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 3 m5 m 的液體

2、顆粒。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，若采用重力分離器則難以完全 濾除，因此宜采用絲網(wǎng)分離器對濕飽和蒸汽進行氣液分離。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霧、 沫、液滴進行定義，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 結構簡單、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、使用壽命長等優(yōu)點。其工作原

3、理如圖所示 當帶有液體顆粒的氣體以一定速度上升通過絲網(wǎng)時，由于霧沫上升的慣性作用，霧沫與絲網(wǎng)細絲相碰撞而被附著在細絲表面上。細絲表面上霧沫的擴散、霧沫的重力沉降，使 霧沫形成較大的液滴并沿著細絲流至網(wǎng)絲的交接點處。細絲的可潤濕性、液體的表面張力 及細絲的毛細管作用，使得液滴越來越大，當聚集的液滴大到其自身產(chǎn)生的重力超過氣體 的上升力與液體表面張力的合力時，液滴就會脫離細絲而下落至容器底部。絲網(wǎng)除沫器對氣體中霧沫顆粒的捕集效率達 98%，氣體通過絲網(wǎng)除沫器后基本上不含 霧沫。而氣體通過除沫器的壓力降卻很小，一般只有 250-500 Pa。2. 絲網(wǎng)除沫器的工藝設計絲網(wǎng)除沫器材質(zhì)及網(wǎng)型的選擇2.1

4、.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、鎳及 鎳合金、銅、鋁、碳鋼、鉭、工程所料（聚氯乙烯、聚乙烯）等。其中304不銹鋼是一種應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，同時對堿溶液及大部分有機酸和無機酸也 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標準，絲網(wǎng)除沫器用氣液過濾網(wǎng)規(guī)格有：SP（標準型）、DP（高 效性）、HR （高穿透型）、HP （阻尼性）

5、型四種標準規(guī)格。各規(guī)格的絲網(wǎng)特性參數(shù)如下表所示。SP氣液過濾網(wǎng)DP氣液過濾網(wǎng)HRHP氣液過濾網(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標準型扁絲X168475性能介于 DP 型和HR型之 間。每100mn厚的網(wǎng)墊為25層 絲網(wǎng)圓絲320DP咼效性扁絲X186626除霧效果最 好，但壓損較大每100mn厚的網(wǎng)墊為32層絲網(wǎng)圓絲484HR高穿誘型扁絲X134313壓損最小。母100mm厚的網(wǎng)墊為20層絲網(wǎng)圓絲217HP阻尼性圓絲128403可用于消除或減緩震動的不良后果注：(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

6、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)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濕飽和蒸汽進行除霧，沒有對壓力損失的嚴格要求，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；如其體內(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150 mm厚度規(guī)格絲網(wǎng)除沫器絲網(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。當人

7、孔位于絲網(wǎng)除沫器的上方時， 選用上裝式絲網(wǎng)除 沫器；當人孔位于絲網(wǎng)除沫器的下方時，則選用下裝式絲網(wǎng)除沫器。根據(jù)儲氣容器的結構設計，絲網(wǎng)除沫器應安裝于人孔上方，因此采用下裝式安裝結構。絲網(wǎng)除沫器尺寸的計算2.3.1操作氣速的計算操作氣速即氣體通過絲網(wǎng)的速度，操作氣速應選取適宜。操作氣速過底，霧沫在氣體 中的慣性太小，處于飄浮狀態(tài)，通過絲網(wǎng)層時霧沫在絲網(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，液體充滿絲網(wǎng)，使被捕集的液滴又飛濺起來，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系如下圖所示。(1)計算液泛速度液泛速度計算公式為：式中：Vf 液泛速度，

8、即造成液泛現(xiàn)象的最低氣流速度，m/sK氣液過濾網(wǎng)常數(shù)，與絲網(wǎng)網(wǎng)型有關，可參考下表進行選取網(wǎng)型常數(shù)KSPHPDPHRl 工作溫度及壓力下，液體顆粒的密度，Kg /m3g 工作溫度及壓力下，氣體的密度，Kg/m3(2)計算操作氣速求得液泛速度V f之后，操作氣速可用下式進行選擇:Vg (0.21.0)Vf式中：Vg 操作氣速，m/ s操作氣速的計算過程：濕蒸汽氣源處的壓力范圍為 MPa,經(jīng)過自力式壓力調(diào)節(jié)閥后流入儲氣罐。當氣源壓 力可以達到MPa寸，自力式調(diào)節(jié)閥的閥后壓力可以穩(wěn)定在至。當氣源壓力降為到MPa寸，自力式調(diào)節(jié)閥的閥后壓力可以穩(wěn)定在至。儲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

9、力即可認為是飽和蒸汽流入儲氣罐時的壓力。則流入儲氣罐中飽和濕蒸汽的壓力 最高為，最低為。濕飽和蒸汽中液體和氣體的密度值與壓力值是一一對應的，因此需要分 各壓力情況計算液泛速度，然后取其交集1. 壓力為時的操作氣速當儲氣罐內(nèi)壓力為時，溫度為215 C。飽和蒸汽的密度g為Kg/m3，液體顆粒的密度 為Kg /m3，選用DF高效型絲網(wǎng)，K的值為。將以上數(shù)據(jù)代入公式可得2. 壓力為時的操作氣速當儲氣罐內(nèi)壓力為時，溫度為210 C。飽和蒸汽的密度g為Kg/m3，液體顆粒的密度 為Kg /m3，選用DF高效型絲網(wǎng)，K的值為。將以上數(shù)據(jù)代入公式可得3. 壓力為時的操作氣速當儲氣罐內(nèi)壓力為時，溫度為204 C

10、。飽和蒸汽的密度g為Kg/m3，液體顆粒的密度 為857Kg /m3，選用DF高效型絲網(wǎng)，K的值為。將以上數(shù)據(jù)代入公式可得4. 壓力為時的操作氣速當儲氣罐內(nèi)壓力為時，溫度為198 C。飽和蒸汽的密度g為Kg/m3，液體顆粒的密度 為865Kg /m3，選用DR高效型絲網(wǎng)，K的值為。將以上數(shù)據(jù)代入公式可得5. 壓力為時的操作氣速當儲氣罐內(nèi)壓力為時，溫度為192 C。飽和蒸汽的密度g為Kg/m3，液體顆粒的密度為874Kg /m3，選用DR高效型絲網(wǎng)，K的值為。將以上數(shù)據(jù)代入公式可得6. 壓力為時的操作氣速當儲氣罐內(nèi)壓力為時，溫度為184 C。飽和蒸汽的密度g為Kg/m3，液體顆粒的密度為882K

11、g /m3，選用DR高效型絲網(wǎng)，K的值為。將以上數(shù)據(jù)代入公式可得7. 壓力為時的操作氣速當儲氣罐內(nèi)壓力為時，溫度為175 C。飽和蒸汽的密度g為Kg/m3，液體顆粒的密度為Kg /m3，選用DR高效型絲網(wǎng)，K的值為。將以上數(shù)據(jù)代入公式可得8. 壓力為時的操作氣速當儲氣罐內(nèi)壓力為時，溫度為165 C。飽和蒸汽的密度g為Kg/m3，液體顆粒的密度為Kg /m3，選用DR高效型絲網(wǎng)，K的值為。將以上數(shù)據(jù)代入公式可得9. 壓力為時的操作氣速當儲氣罐內(nèi)壓力為時，溫度為152 C。飽和蒸汽的密度g為Kg/m3，液體顆粒的密度為Kg /m3，選用DF高效型絲網(wǎng)，K的值為。將以上數(shù)據(jù)代入公式可得取以上各操作氣

12、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。232 除沫器直徑的計算絲網(wǎng)除沫器直徑的計算，由所需的氣體處理量和操作氣速有關。圓形的絲網(wǎng)除沫器，其直徑由以下公式計算確定：式中：D 絲網(wǎng)除沫器計算直徑，mQ絲網(wǎng)除沫器的氣體處理量，即每秒鐘通過絲網(wǎng)除沫器的氣體體積，m3 / sVg 操作氣速，m/ s除沫器直徑的計算過程:14000Kg /h2.679 Kg/m 3(1) 飽和濕蒸汽流入儲氣罐可能出現(xiàn)的最大體積流量為335225.83m /h 1.45m /s （ 14t/h， Mpa）真實情況下的最大氣量可能會略小于這個數(shù)值。假設絲網(wǎng)除沫器最大氣體處理量為 m3/s

13、，為保證操作氣速在0.732m/s1.76m/s范圍之內(nèi)，由公式D t可得，最大氣體處理量時，絲網(wǎng)除沫器的直徑選擇范圍為:rm D 吉m 計算得：1024mm D 1589mm氣可得:則1000mm絲網(wǎng)除沫器所能處理氣量范圍為:0.57m3 / s 1.38m3 /s(2)按設計計劃,要求絲網(wǎng)除沫器的最小氣體處理量為9.7Kg /h2.679 Kg/m333.6m3/h 0.001m3/s（ t/h，Mpa）按照公式D4Vg計算的所需要的絲網(wǎng)除沫器直徑選擇范圍為:取最大直徑的絲網(wǎng)除沫器直徑為1000mm，根據(jù)公式D2其能處理的最小氣量為 (1.0m0.732m/s0.57m3/s ；42其能處

14、理的最大氣量為(1.0m)1.76m/s1.38m3/s ；計算得：27mm D 42mm但根據(jù)HG/T 216181998標準，下裝式絲網(wǎng)除沫器的最小直徑為 700mm，由公式4Vg可得，700mm絲網(wǎng)除沫器可以進行有效除沫處理的最小氣量和最大氣量分別為則700mm絲網(wǎng)除沫器所能處理氣量范圍為：0.28m3/s 0.68m3/s(3)為考慮安裝DN100和DN700mm兩種尺寸的絲網(wǎng)除沫器。絲網(wǎng)除沫器除沫效果驗算絲網(wǎng)除沫器的氣液分離效率有兩部分構成，分別是直接攔截分離效率和慣性撞擊效率。(1) 直接攔截氣體流過絲網(wǎng)結構時，如果氣體中的液滴大于絲網(wǎng)結構的孔徑，它們將受到孔的攔截而被分離出來。若

15、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)直接攔截效率計算公式為:1式中：KuTn2dDw1 為絲網(wǎng)孔隙率d為液體顆粒的平均直徑，m ； Dw為絲網(wǎng)絲徑，m(2) 慣性撞擊液滴在流動的氣體中具有質(zhì)量和速度，所以它具有動量。當氣體和它所夾帶的液滴通過 絲網(wǎng)時,氣體將選取阻力最小的通道流過，并且將順著絲網(wǎng)結構改變方向，即流線發(fā)生偏折。 因為液滴具有動量，所以較大液滴由于慣性作用仍然向前作直線運動，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。 在氣液分離中，慣性撞擊對粒徑 大于20卩m的大液滴所起的作用是比較明顯的當操作氣速小于液泛速

16、度時，單網(wǎng)慣性撞擊捕沫效率計算公式為:式中:K 碰撞系數(shù)，Kd2 LVg18 gDw為與 和R相關的參數(shù)，對應關系見下表Dw 絲網(wǎng)絲徑，0.19 10 3 mg 氣體動力粘度，Kg/m.sVg 操作氣速l 工作溫度及壓力下，液體顆粒的密度，Kg /m3g 工作溫度及壓力下，氣體的密度，Kg/m3i)n，(3) 當操作氣速小于液泛速度時，絲網(wǎng)除沫器總的除沫效率計算公式為:E 1 1 C( r式中:E 總除沫效率，100%C與絲網(wǎng)型式有關的系數(shù)網(wǎng)型系數(shù)CSPHPDPHRn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/

17、s。當處理氣量 處于0.28m3/s 1.38m3 /s范圍之內(nèi)時，濕 蒸汽總能以合適的操作氣速通過 DN1000nm或DN700nm的絲網(wǎng)除沫器，濕蒸汽中的液滴顆 ?？梢员挥行V除，不必進行效果驗算。對最小處理氣量進行除沫效果的驗算，按設計計劃，絲網(wǎng)除沫器的最小氣體處理量為m3/s，儲氣罐內(nèi)壓力為，溫度為152 C。飽和蒸汽的密度g為Kg/m3，液體顆粒的密度l 為Kg/m3，系數(shù)C取，每個絲網(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1000mm除沫器的操作氣速 V為m/s，通過700mm除沫器的操作

18、氣速Vg為m/s1 濕蒸汽通過通過1000mm除沫器的除沫效率計算過程為：(1) 單網(wǎng)直接攔截效率計算(2) 單網(wǎng)慣性撞擊捕沫效率計算(3) 總效率計算2 濕蒸汽通過通過700 mm除沫器的除沫效率計算過程為：(1)單網(wǎng)直接攔截效率計算(2) 單網(wǎng)慣性撞擊捕沫效率計算(3) 總效率計算3 通過兩層絲網(wǎng)后的除沫效率為絲網(wǎng)除沫器壓損的計算般要求絲網(wǎng)除沫器氣體通過絲網(wǎng)除沫器后的壓降損失可以通過以下公式進行計算, 的的壓降損失控制在250-500 Pa以下。式中： p 壓力損失，Paf 絲網(wǎng)對氣體的摩擦系數(shù)，對于金屬絲網(wǎng)，一般可以取Vg 操作氣速，取m/sH 絲網(wǎng)厚度，取m氣體密度，取Kg / m3絲網(wǎng)孔隙率，可參照下表進行選取網(wǎng)型空隙率SPHPDPHRGc 重力加速度，取 m/ s2Dw 絲網(wǎng)絲徑，0.19 10 3 m經(jīng)過計算：150mm絲網(wǎng)除沫器的最大壓力損失為總壓力損失為628 21256 Pa 1.26 Kpa絲網(wǎng)除沫器結構形式的選擇絲網(wǎng)除沫器的結構有