大力發(fā)展汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥，企業(yè)更加注重管路管徑計(jì)算技術(shù)升級(jí)

    大力發(fā)展汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥，企業(yè)更加注重管路管徑計(jì)算技術(shù)升級(jí)。值得關(guān)注的是汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥是連云港市宏琦電力輔機(jī)有限公司工藝新裝置制造生產(chǎn)銷售的管道關(guān)鍵技術(shù)，工藝簡(jiǎn)單快捷，大大提升了產(chǎn)品的品質(zhì)。
    如何發(fā)展提升汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥加工工藝，提升該產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段，同時(shí)也是為了企業(yè)降成增效的重要途徑。
    在化工裝置中，蒸汽加熱是常見的傳熱方式，其具有安全、可控、易得、傳熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，但是在蒸汽輸送和被吸收潛熱后不可避免產(chǎn)生冷凝水。這些冷凝水如不能及時(shí)排出蒸汽系統(tǒng)的話，會(huì)產(chǎn)生水錘、引起噪聲，降低換熱效率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞管路、腐蝕設(shè)備。蒸汽汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥能自動(dòng)迅速排除凝結(jié)水，防止蒸汽泄露，排除空氣等不凝氣，因此汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥的選擇及其相關(guān)管路的計(jì)算及布置在蒸汽換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)中尤為重要。其中汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥如何選擇，相關(guān)管路的布置優(yōu)化等時(shí)見報(bào)道，但是汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥前后管道管徑的計(jì)算鮮有人提及，在設(shè)計(jì)中大都選擇一個(gè)經(jīng)驗(yàn)流速粗略估算，在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)噪音大、水錘、凝結(jié)水不能及時(shí)排出等問題。文章簡(jiǎn)單介紹了一種汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥前后凝結(jié)水管道管徑的計(jì)算方法，為化工工藝設(shè)計(jì)人員計(jì)算凝結(jié)水管徑提供參考。
因此本文以典型的化工裝置換熱器疏水器為例，簡(jiǎn)單介紹一種汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥前后管道管徑的計(jì)算方法。假設(shè)某蒸汽換熱器的加熱蒸汽大用量為5t/h（已考慮安全系數(shù)），0.6MPaG的飽和蒸汽，出口為浮球式汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥，凝結(jié)水至下游冷凝水回收裝置，回收裝置操作壓力設(shè)定為0.1MPaG。凝結(jié)水蒸汽換熱器汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥管路設(shè)置如圖1。
汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥前管路的計(jì)算
汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥前管路是指從換熱設(shè)備冷凝水出口到汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥之間的管道，由于設(shè)備和汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥處的壓力相同，蒸汽冷凝水靠重力流動(dòng)，因此設(shè)備冷凝水出口和汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥要有一定位差。汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥前管路按照重力流計(jì)算，保證壓降足夠小以避免出現(xiàn)閃蒸。根據(jù)P.D.Hillsde的研究結(jié)果，重力流分為三種工況：滿管流，按照單相流計(jì)算管徑；自放空，管路中氣體返回上游設(shè)備；氣體夾帶。
對(duì)于排凝結(jié)水系統(tǒng)，滿管流是理想狀態(tài)，其計(jì)算的是小管徑。而氣體夾帶是設(shè)計(jì)要避免的工況。對(duì)于，二種工況，他定義了一個(gè)類似Frouds數(shù)的無量綱表觀體積流量JLJL=4QL/πd2(gd)0.51-1其中:QL為體積流量，gpmd是管道內(nèi)徑，ing為重力加速度，32.18ft/s2管路要保證管路中為自放空狀態(tài)，則要求JL<0.3，根據(jù)式1-1計(jì)算出來的管徑為管路的小直徑，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行圓整，即為汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥進(jìn)口管路的直徑。將例中數(shù)據(jù)代入，計(jì)算得出汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥前管路管徑3.193in，圓整至4in，即100mm。
汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥后管路的計(jì)算
汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥后凝結(jié)水因?yàn)閴毫ο陆禃?huì)閃蒸出蒸汽，且隨著管路沿途的阻力降不斷產(chǎn)生二次蒸汽。在汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥后管路的計(jì)算中如假設(shè)所有冷凝水都變成閃蒸氣，計(jì)算得出的管徑必然過大，雖然能滿足凝結(jié)水的排放要求，但是造成不必要的浪費(fèi)；若按水管計(jì)算，則得出的管徑偏小，導(dǎo)致汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥出口背壓上升，影響圖1
凝結(jié)水排放。因此，汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥后管線要按照兩相流進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算的依據(jù)是管道內(nèi)流體流速小于腐蝕速率（要求流速低于15m/s），管道中流體的流型可大程度避免產(chǎn)生水錘，必要時(shí)計(jì)算管路壓降進(jìn)行驗(yàn)證。
先計(jì)算汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥后凝結(jié)水的閃蒸量，假設(shè)汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥后的凝結(jié)水進(jìn)入封閉式回收裝置，則汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥出口壓力=回收裝置的操作壓力+汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥后管道阻力降+靜壓差，其中管道阻力降比較小，
對(duì)下游的壓力影響不大，計(jì)算閃蒸量時(shí)忽略，則汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥后的工藝數(shù)據(jù)可取該出口壓力下的飽和凝結(jié)水和飽和蒸汽的工藝參數(shù)。按照能量平衡和物料平衡計(jì)算管道終端蒸汽的閃蒸量。
WL1HL1+WG1HG1=WL2HL2+WG2HG2 2-1WL1+WG1=WL2+WG22-2Fr和Fv的計(jì)算如下：Fr=[(VG2+VL2)/A]22-5其中，WL1、WL2為汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥前、后液體的質(zhì)量流量，kg/hFv=VG2G2+L22-6WG1、WG2為汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥前、后氣體的質(zhì)量流量，kg/hHL1、HL2為汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥前、后液體的焓，kJ/kgHG1、HG2為汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥前、后氣體的焓，kJ/kg按照《石油化工設(shè)計(jì)手冊(cè)》五章中的Baker圖和Grifith-Walls圖來判斷水平管和垂直管的流型。Baker圖如下：圖中By和Bx的計(jì)算如下：式中Fr：Froude數(shù)Fv：氣相體積分率VG2：汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥出口氣相體積流量,m3/sVL2：汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥出口液相體積流量,m3/sd：管道內(nèi)徑,mg：重力加速度兩相流的流型要避免柱狀流和活塞流，以免引起管道及設(shè)備的嚴(yán)重震動(dòng)。以例中數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥前為0.6MpaG的飽和冷凝水，汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥后為冷凝水回收裝置操作壓力與大位差之和取0.15MpaG,可得出：HL1、HL2分別為697kJ/kg、535kJ/kg;HG1、HG2分別為2763kJ/kg、2716kJ/kg；ρG2：1.36kg/m3；ρL2：937kg/m3;μL2：2.2x10-4Pa·s；σL2：0.053N/m先根據(jù)式2-1和2-2計(jì)算閃蒸氣量，得出閃蒸氣量為379kg/h,冷凝水量4621kg/h。從而得出：Fv：98.2%；VG2：0.077m3/s；VL2：0.0014m3/s。假設(shè)出口管徑為80mm、100mm、150mm，將上述數(shù)據(jù)帶入式2-3、2-4、2-5、2-6，分別得出By=15.0x103,Bx=10.9,Fr=223.8，F(xiàn)v=0.98；By=9.6x103,Bx=10.9,Fr=91.7，F(xiàn)v=0.98；By=4.3x103,Bx=10.9,Fr=13.4，F(xiàn)v=0.98；查Baker圖和Grifith-Walls圖可知管徑為80mm和100mm時(shí)水平管和豎直管中的流型都為環(huán)狀流；管徑為150mm時(shí)流型為柱狀流。管路中氣相流速分別為15.4m/s和9.9m/s，由此可知選擇80mm的出口管時(shí)，流速已超過目標(biāo)流速7.1*WA(ρG2ρL2)0.52-315m/s。為減少管路侵蝕，降低管路壓降，保證汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥的排水量，此出口管徑選擇100mm更優(yōu)。B=2.1WL2*ρG2ρL2?0.5*μL20.332-4綜上所述，汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥進(jìn)口管路管徑按照重力流進(jìn)行計(jì)算，要求管路盡量短，減少壓損以避免凝結(jié)水在管路中閃蒸。汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥式中By、Bx：Baker參數(shù)ρG2：汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥后氣相密度，kg/m3ρL2：汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥后液相密度，kg/m3μL2：汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥后液相粘度，Pa·sA：管道截面積，m2σL2：汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥后液相表面張力，N/mGrifith-Walls圖如下：后管路管徑計(jì)算時(shí)要求流體的流速低于管道腐蝕速率，避免柱狀流和活塞流，管路壓降滿足汽液兩相流疏水器自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥的排水量的要求。