某煉油廠延遲焦化裝置的除焦方式為水力除焦原來-中國泵閥商務(wù)網(wǎng)

1、某煉汕廠延遲蕉化裝置的除焦方式為水力除焦。原來的高壓水泵出口的除焦水用2臺并 聯(lián)的電動閘閥控制，其管線復(fù)雜，在閘閥小開度節(jié)流時，閘板上壓降高達(dá)16mpa,氣蝕現(xiàn) 象嚴(yán)重，且含有焦炭細(xì)顆粒的水高速沖刷閥門，導(dǎo)致閘閥使用壽命一般只有23個月。為提高除焦效率，該廠新增1臺高壓水泵，其揚(yáng)程為2200mh20,額定流量 200m7h；并委托合肥通丿ij機(jī)械研究院研制1臺三通閥替代水泵出口的2臺并聯(lián)閘閥，以滿 足開泵時水泵的最小連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行流量，除焦管道的小流量低壓力預(yù)充滿，以及除焦作業(yè)時 的高壓全流量；此外，該閥述耍求耐沖刷，防堵塞。近年來，計(jì)算流體動力學(xué)（cfd）技術(shù)的發(fā)展，為人們了解閥門內(nèi)部流場分布

2、，探 尋流動參數(shù)的變化規(guī)律提供了良好的途徑。本文采用flu-ent流體分析軟件，對水力除焦 三通閥回流狀態(tài)和供水狀態(tài)下的流域進(jìn)行數(shù)值模擬，驗(yàn)證閥門流道的簡化理論計(jì)算與數(shù)值模 擬結(jié)果的一致性。閥門流動的數(shù)值模擬結(jié)果符合現(xiàn)場應(yīng)用情況。2水力除焦三通閥的物理模型2.1兒何結(jié)構(gòu)及工作原理水力除焦三通閥整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。、電動裝置/訓(xùn)能室”/支*閥芯7閥 閥喋、卜披歌、圖1水力除焦三通閥結(jié)構(gòu)圖中，閥流入口 a接泵出口；出口 b接除焦器；出口 c為旁路口，接泵的進(jìn)水池。閥初始狀態(tài)為b 口關(guān)閉，c 口開啟。泵啟動后，由a 口流入閥體的水經(jīng)由循環(huán)旁 路到達(dá)c u,進(jìn)而流入泵的進(jìn)水池，旁路流量不得小于泵的最小

3、連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行流量，且旁 路流道要承受22mpa壓差。旁路穩(wěn)定后，閥芯上移到屮間位，一部分水流從旁路c 口再循壞，另一部分水流 則通過b口對除焦管道進(jìn)行低壓小流量預(yù)充。除焦管道充滿后，閥芯上移到位，c口關(guān)閉, b 口全開，除焦器開始以最人水力除焦。當(dāng)除焦作業(yè)結(jié)束后，三通閥恢復(fù)其初始狀態(tài)，方可 停泵。2.2水力除焦三通閥流域模型的建立水力除焦三通閥的內(nèi)流道結(jié)構(gòu)極英復(fù)雜不規(guī)則。木文采用pro/e建立其主要零部件的幾何模型，按圖1進(jìn)行裝配，應(yīng)用布爾運(yùn)算進(jìn)行流道的抽取，抽取出的2種狀態(tài)下的流域模型如圖2所示。q)旁路回流狀態(tài)模型(b)供水除焦?fàn)顟B(tài)模型圖2水力除焦三通閥流域模型2.3慕本假設(shè)為便于分析討論

4、，木文對水力除焦三通閥的內(nèi)部流動作如下假設(shè):(1) 流體為連續(xù)、不可壓縮的理想流體，定常流動；(2) 三通閥的入口流速均勻；(3) 流體與固壁z間無熱交換；(4)忽略重力的影響；(5)其它遵從流體力學(xué)-般假設(shè)。3 cfd數(shù)值計(jì)算3.1控制方程本文采用較為成熟的標(biāo)準(zhǔn)k-£模型進(jìn)行數(shù)值模擬，連續(xù)性方程、動量守恒方程、 湍動能k方程和耗散能£方程構(gòu)成控制方程。連續(xù)性方程式:嚴(yán)-（心）=0(1)動量守恒方程（n s方程）式:pli=(3)(2)標(biāo)準(zhǔn)k-e模型的湍動能k方程和耗散能£方程為:式（3）和（4）中，gk表示由于平均速度梯度引起的湍動能產(chǎn)生；ym表示可壓縮湍流脈動

5、膨脹對總的耗散率的影響，木文屮不作考慮。湍流粘性系數(shù)卩二（pcuk2） /£«表lkw模型屮的系數(shù)5660.091.441.921.01.33.2流域模型網(wǎng)格劃分水力除焦三通閥內(nèi)部流場的計(jì)算區(qū)域如圖2所示，為保證流場流動充分發(fā)展，在閥的入口、出口均加有直管段。由于模型的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，故采用四面體網(wǎng)格對水力除焦三通 閥的流域進(jìn)行網(wǎng)格劃分。將pro/e軟件中建立流域模型,通過iges或stp文件格式導(dǎo)入icemcfd或gambit中進(jìn)行網(wǎng)格劃分處理。網(wǎng)格數(shù)約為34萬。3.3邊界條件旁路循環(huán)狀態(tài)時，設(shè)定入口為壓力入口，出口為壓力出口；除焦作業(yè)狀態(tài)時，設(shè)定入口為速度入口條件，出口為

6、自由岀流，固壁采用無滑移邊界條件。具體如表2所示。表2邊界條件設(shè)置邊界名稱邊界類型旁路循環(huán)除焦作業(yè)入口pressure_inletveucity_inlet岀口press】 re()iti王toutflow缺省邊界wall4計(jì)算結(jié)果及分析將劃分好的網(wǎng)格，設(shè)置好邊界類型，導(dǎo)ll!.msh網(wǎng)格文件輸入到fluent中進(jìn)行計(jì)算。 在計(jì)算迭代收斂后，將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理，或?qū)С龅胶筇幚碥浖羞M(jìn)行后處理。圖3為計(jì) 算過程中的殘差收斂變化曲線監(jiān)視圖。圖中6條曲線分別為連續(xù)性方程、n s方程（x/y/z）、 湍動能k方程、耗散能£方程隨著迭失代數(shù)增加其殘基值的變化。計(jì)算在約3000步時收斂， 為提

7、高計(jì)算精度，換用二階迎風(fēng)格式繼續(xù)求解，計(jì)算很快再次達(dá)到收斂。圖3殘差收斂變化線4旁路循環(huán)工況記載的簡化模型計(jì)算結(jié)果：在旁路循壞狀態(tài)時，流體流入消能室能量損失約7%,消能 室的4級消能分別約為17% (合計(jì)約68%),從消能室再流入閥體，再經(jīng)由噴嘴流出能量損失 約25%。該計(jì)算是通過將三通閥在旁路循環(huán)時的流道簡化為一系列的突縮、突擴(kuò)管道，依據(jù) 水力學(xué)理論，得出計(jì)算結(jié)果。対旁路循環(huán)工況進(jìn)行cfd模擬，圖4為旁路循環(huán)狀態(tài)時三通閥內(nèi)流場的壓力云圖。按記 載的簡化流道模型屮對應(yīng)的點(diǎn)，在三通閥內(nèi)測取相應(yīng)的壓力值，進(jìn)行分析對比，結(jié)果如表3 所示。2.2008i.97c408i .74c4ci8i.sir-i

8、flsi 2x1 鵡i ,<i6fiisk .26r-*h81.3707圖4旁路循環(huán)狀態(tài)閥內(nèi)部流場壓力分布云表3消能計(jì)算對比分析測點(diǎn)范圍消能前壓 力值(pa)消能后壓 力值(pa)能垢捏失百分比()模擬結(jié)果原簡化計(jì)算流入消能室220001842()8572245.207208572241742834615.59174級消174283461514242810.3917能室151424281171354915.5917117135497141711.520.7817流出消能7141711.5485579310.3925室至出口4855793022.07山表可知，模擬結(jié)果與三通閥的簡化模型計(jì)算

9、相一致：多級串聯(lián)閥內(nèi)件通過逐級降壓的方式約消能70%,避免了氣蝕的對閥芯回流段的損壞。模擬結(jié)果啟效地驗(yàn)證了簡化計(jì)算 的町靠性，冃測使用了4年的閥芯的回流段基本無損傷，進(jìn)一步證明模擬結(jié)果的止確性。三通閥在旁路循環(huán)狀態(tài)時，壓差約22mpa條件下，模擬的回流流量為63m3/h, 約占泵額定流量的31%,滿足水泵的最小流量要求，而計(jì)算冋流流量約為水泵額定流量的 45%,與模擬值接近，滿足工程使用要求。4.2水力除焦工況在水力除焦作業(yè)工況下，通過cfd數(shù)值模擬，介質(zhì)流經(jīng)三通閥產(chǎn)住的壓降為 139036pa,僅占作業(yè)壓差的0.6%。水力除焦作業(yè)是通過高壓泵泵出的高壓水流經(jīng)三通閥， 沿著管線到達(dá)噴嘴，高速水

10、流切割除焦。壓能盡可能轉(zhuǎn)化為高速水流的動能從而完成除焦作 業(yè)。該閥產(chǎn)生的壓降較小，設(shè)計(jì)合理。圖5所示為水力除焦作業(yè)工況f,三通閥局部速度矢量圖，從圖屮可以看出，在閥門的密封血處流體流速值相對較小，即對密封面的沖刷較輕微，該閥設(shè)計(jì)較好地保護(hù)了密封l7leiojoi二.x.5hr-llo6 h7r<xl5 1 sx1 mxi2 ior-02-匕4圖5水力除焦?fàn)顟B(tài)時閥內(nèi)速度矢量圖6為三通閥工作4年后拆卸下的閥芯部件，從圖中可以看出，閥門的密封面較完 好,密封而下部的節(jié)流孔處沖蝕較嚴(yán)重，在閥門從旁路循環(huán)工況切換至水力除焦工況過程中, 這些節(jié)流孔有效地保護(hù)了密封而。圖6閥芯主密封面下游的節(jié)流破壞5結(jié)語本文采用流體分析軟件，對水力除焦三通閥i叫流狀態(tài)和供水狀態(tài)下的流域進(jìn)行了數(shù) 值模擬，驗(yàn)證了閥門流道的簡化模型計(jì)算與數(shù)值模擬結(jié)果的一致性。在22mpa壓差卜進(jìn)行 旁路循環(huán)時，三通閥保證了高壓水泵的最小流量不低于水泵額定流量的30%,且多級串聯(lián) 閥內(nèi)件通過