CC BY
100
УДК 66.07
ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕТЧАТЫХ ДЕМИСТЕРОВ ОЧИСТКИ ГАЗОВ
ОТ БРЫЗГОУНОСА
Л.И. АСИБАКОВ *, А.Г. ЛАПТЕВ **
* Инженерно-внедренческий центр «Инжехим» ** Казанский государственный энергетический университет
Рассмотрены конструктивные характеристики пакетных сетчатых демистеров (каплеуловителей) и даны результаты экспериментальных исследований перепада давления и уноса жидкой фазы. Сделаны выводы о наиболее эффективной компоновке в зависимости от плотности слоев сетчатым пакетов.
Ключевые слова: унос капель, эффективность очистки газов, предельная нагрузка, перепад давления.
При работе тепло- и массообменных аппаратов и энергетических установок часто наблюдается унос капельной влаги паром или газом. Эта влага попадает в паровой поток при дроблении жидкости в процессе барботажа, разрушении струй и разрыве оболочек паровых пузырей. В паровых котлах, испарителях, выпарных аппаратах брызгоунос приводит к загрязнению пара веществами, содержащимися в жидкой фазе (котловой воде, концентрате); в ректификационных и абсорбционных колоннах унос жидкой фазы уменьшает эффективность проводимых процессов. Сепарация захватываемой паровым или газовым потоком капельной влаги проводится либо непосредственно в верхней части аппарата или в отдельных сепараторах [1-3].
Одним из наиболее перспективных методов разделения является применение инерционных каплеуловителей. В промышленной практике применяются различные материалы для их изготовления: сетка из нержавеющей проволоки диаметром от 150 до 300 мкм, полимерные материалы (фторопласт и пр.). Наиболее широкое распространение получила вязаная сетка из нержавеющей проволоки. Ее применяют для изготовления сетчатых каплеуловителей (сетчатых демистеров).
В классической схеме сеточный демистер состоит из пакетов, в которых предварительно гофрированная сетка уложена в виде набора горизонтальных полос (рис. 1). Имеется также вариант сетчатого демистера, в котором сетка наматывается в виде спирали (рис. 2).
Рис. 1. Демистер с гофрированной сеткой из Рис.2. Демистер с сеткой в виде спирали
горизонтальных полос © Л.И. Асибаков, А.Г. Лаптев
Проблемы энергетики, 2010, № 5-6
Благодаря различию диаметров проволоки и глубины гофрирования имеется возможность получать сетчатые пакеты с различной объемной плотностью 150-200 кг/м3 и удельной поверхностью 150-800 м2/м3, что позволяет использовать их в широком диапазоне нагрузок по потоку.
Одним из существенных недостатков классической схемы является неудобство ее обслуживания, а также слеживаемость при эксплуатации. Компоновка демистера по схеме рис. 2 устраняет указанные недостатки. В данной работе исследовался демистер со спиральной укладкой сеточного рукава.
В настоящее время отсутствует зарекомендовавшая себя методика оценки эффективности улавливания капельной жидкости из газового потока при работе сеточных демистеров. Также малоизученным остается вопрос об эффективности сепарации капельной жидкости в зависимости от плотности сетчатых пакетов. В данной работе исследовалось влияние плотности укладки сеточного рукава на эффективность сепарации жидкости.
Рис. 3. Экспериментальная установка
Исследования проводились на экспериментальной установке (рис. 3), представляющей собой колонку 1 диаметром 600 мм, в которой устанавливался испытуемый сетчатый демистер 2. Диспергирование жидкой фазы (воды) осуществлялось форсункой 3. Расход жидкости контролировался ротаметром 4, объемная концентрация дисперсной фазы в потоке воздуха поддерживалась постоянной на уровне 30 ррт. Сепарированная жидкость на демистере выводилась в гидрозатвор 5. Исследования проводились в широком диапазоне расходов газового потока, контролируемых вихревым расходомером 6. Количество удерживаемой на сетчатом демистере жидкости оценивалось по показаниям датчика перепада давления 7.
На первоначальном этапе работы задача сводилась к оптимизации компоновки сетчатых слоев и их объемной плотности роб. Проводилась серия экспериментов в компоновке: нижний слой - сетчатый пакет с меньшей объемной плотностью, верхний слой - сетчатый пакет с большей объемной плотностью (табл. 1), а также в обратной компоновке (табл. 2). В ходе экспериментов определялся верхний предел работы каплеуловителя по фактору скорости / = ргл/г для газовой фазы, где рг - плотность газа, кг/м3; wг - скорость газа в свободном сечении колонны, м/с. Проводились также измерения перепада
давления на устройстве. Исследование эффективности работы устройства проводилось при факторе скорости /=0,85 •/„„ и оценивалось по привесу пробоотборника.
7н _ 7к
Эффективность определялась по формуле ф =-, где Гн, Гк -
^н
начальная и конечная концентрация жидкой фазы.
Таблица 1
Данные для верхнего слоя с большей плотностью
№ п/п Роб, кг/м3 / тах АР, кПа Ф
1 165/145 4,67 0,51 98,05
2 185/145 5,47 0,70 98,81
3 205/145 6,48 0,98 99,45
4 185/165 6,13 0,88 99,32
5 205/165 5,1 0,61 98,85
6 205/185 4,92 0,57 98,20
Таблица 2
Данные для верхнего слоя с меньшей плотностью
№ п/п. Роб, кг/м3. / тах АР, кПа Ф
1 145/165 4,77 0,53 97,41
2 145/185 4,47 0,47 97,43
3 145/205 4,11 0,39 96,95
4 165/185 5,76 0,78 96,65
5 165/205 4,55 0,48 97,32
6 185/205 5,27 0,65 97,74
Как видно из приведенных данных (табл. 1 и 2), наиболее эффективной компоновкой является сетчатый демистер с менее плотным нижним слоем и более плотным верхним слоем, Такая компоновка обеспечивает большие нагрузки по фактору скорости и эффективность брызгоулавливания.
Для рассмотренных демистеров производились замеры уноса жидкой фазы. Замеры производились прибором, схема которого показана на рис. 4.
Рис. 4. Принципиальная схема замера уноса: 1 - пробоотборник, 2 - регулятор расхода газа, 3 - счетчик газа
Измеренный унос жидкой фазы с газовым потоком по результатам шести измерений составил 13,3 гр/1000м3 (газа). Предельное отклонение значений уноса жидкой фазы от среднего составило 18,2 %.
При математическом моделировании работы промышленных демистеров используются как результаты приведенных выше экпериментальных
исследований, так и программные пакеты Fluent и Ansys, которые реализуют решение системы уравнений Навье-стокса для вязкой сжимаемой жидкости [4].
Рассмотренные сетчатые демистеры используются в очистке природных газов от капельной влаги на предприятиях «Газпром», а также в очистке технологических газов на различных производствах ОАО «Нижнекамскнефтехим», ОАО «Казаньоргсинтез» и дают положительные результаты.
Summary
The constructive characteristics of package mesh drop catcher are considered and the results of experimental researches of pressure difference and liquid phase loss are obtained. The conclusions are drawn on the most effective configuration that depends on mesh packages layers density.
Key words: drops loss, gas treating efficiency, maximum load, pressure difference
Литература
1. Кутепов А.М., Стерман Л.С., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. М.: Высшая школа, 1983.
2. Копылов А.С., Лавыгин В.М., Очков В.Ф. Водоподготовка в энергетике. М.: Издательский дом МЭИ, 2006.
3. Лаптев А.Г., Фарахов М.И. Гидромеханические процессы в нефтехимии и энергетике: Пособие к расчету аппаратов. Казань: Издательство Казанского государственного университета, 2008.
4. Фарахов М.И., Ахлямов М.Н., Асибаков Л.И., Нигматов Р.Р. Математическое моделирование структуры газового потока в аппаратах осушки газа // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ - 21. Сб. трудов XXI Межд. науч. конф. Саратов, 2008.
Поступила в редакцию 10 марта 2010 г.
Асибаков Ленар Ильдарович - аспирант кафедры «Технология воды и топлива» (ТВТ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8-905-0208533. E-mail: info@ingehim. ru.
Лаптев Анатолий Григорьевич - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология воды и топлива» (ТВТ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 267-43-38.
