大力發(fā)展汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥，企業(yè)更加注重管路管徑計算技術升級

    大力發(fā)展汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥，企業(yè)更加注重管路管徑計算技術升級。值得關注的是汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥是連云港市宏琦電力輔機有限公司工藝新裝置制造生產銷售的管道關鍵技術，工藝簡單快捷，大大提升了產品的品質。
    如何發(fā)展提升汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥加工工藝，提升該產品市場競爭力的重要手段，同時也是為了企業(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，但是在蒸汽輸送和被吸收潛熱后不可避免產生冷凝水。這些冷凝水如不能及時排出蒸汽系統(tǒng)的話，會產生水錘、引起噪聲，降低換熱效率，嚴重時會破壞管路、腐蝕設備。蒸汽汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥能自動迅速排除凝結水，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液位調節(jié)閥的選擇及其相關管路的計算及布置在蒸汽換熱系統(tǒng)設計中尤為重要。其中汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥如何選擇，相關管路的布置優(yōu)化等時見報道，但是汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥前后管道管徑的計算鮮有人提及，在設計中大都選擇一個經驗流速粗略估算，在實際生產中出現(xiàn)噪音大、水錘、凝結水不能及時排出等問題。文章簡單介紹了一種汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥前后凝結水管道管徑的計算方法，為化工工藝設計人員計算凝結水管徑提供參考。
因此本文以典型的化工裝置換熱器疏水器為例，簡單介紹一種汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥前后管道管徑的計算方法。假設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液位調節(jié)閥，凝結水至下游冷凝水回收裝置，回收裝置操作壓力設定為0.1MPaG。凝結水蒸汽換熱器汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥管路設置如圖1。
汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥前管路的計算
汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥前管路是指從換熱設備冷凝水出口到汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥之間的管道，由于設備和汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥處的壓力相同，蒸汽冷凝水靠重力流動，因此設備冷凝水出口和汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥要有一定位差。汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥前管路按照重力流計算，保證壓降足夠小以避免出現(xiàn)閃蒸。根據(jù)P.D.Hillsde的研究結果，重力流分為三種工況：滿管流，按照單相流計算管徑；自放空，管路中氣體返回上游設備；氣體夾帶。
對于排凝結水系統(tǒng)，滿管流是理想狀態(tài)，其計算的是小管徑。而氣體夾帶是設計要避免的工況。對于，二種工況，他定義了一個類似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計算出來的管徑為管路的小直徑，在此基礎上進行圓整，即為汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥進口管路的直徑。將例中數(shù)據(jù)代入，計算得出汽液兩相流疏水器自動液位調節(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液位調節(jié)閥后管路的計算
汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥后凝結水因為壓力下降會閃蒸出蒸汽，且隨著管路沿途的阻力降不斷產生二次蒸汽。在汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥后管路的計算中如假設所有冷凝水都變成閃蒸氣，計算得出的管徑必然過大，雖然能滿足凝結水的排放要求，但是造成不必要的浪費；若按水管計算，則得出的管徑偏小，導致汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥出口背壓上升，影響圖1
凝結水排放。因此，汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥后管線要按照兩相流進行計算，計算的依據(jù)是管道內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生水錘，必要時計算管路壓降進行驗證。
先計算汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥后凝結水的閃蒸量，假設汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥后的凝結水進入封閉式回收裝置，則汽液兩相流疏水器自動液位調節(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液位調節(jié)閥后管道阻力降+靜壓差，其中管道阻力降比較小，
對下游的壓力影響不大，計算閃蒸量時忽略，則汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥后的工藝數(shù)據(jù)可取該出口壓力下的飽和凝結水和飽和蒸汽的工藝參數(shù)。按照能量平衡和物料平衡計算管道終端蒸汽的閃蒸量。
WL1HL1+WG1HG1=WL2HL2+WG2HG2 2-1WL1+WG1=WL2+WG22-2Fr和Fv的計算如下：Fr=[(VG2+VL2)/A]22-5其中，WL1、WL2為汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥前、后液體的質量流量，kg/hFv=VG2G2+L22-6WG1、WG2為汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥前、后氣體的質量流量，kg/hHL1、HL2為汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥前、后液體的焓，kJ/kgHG1、HG2為汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥前、后氣體的焓，kJ/kg按照《石油化工設計手冊》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液位調節(jié)閥出口氣相體積流量,m3/sVL2：汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥出口液相體積流量,m3/sd：管道內徑,mg：重力加速度兩相流的流型要避免柱狀流和活塞流，以免引起管道及設備的嚴重震動。以例中數(shù)據(jù)進行計算，汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥前為0.6MpaG的飽和冷凝水，汽液兩相流疏水器自動液位調節(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時水平管和豎直管中的流型都為環(huán)狀流；管徑為150mm時流型為柱狀流。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，流速已超過目標流速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液位調節(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液位調節(jié)閥進口管路管徑按照重力流進行計算，要求管路盡量短，減少壓損以避免凝結水在管路中閃蒸。汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥式中By、Bx：Baker參數(shù)ρG2：汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥后氣相密度，kg/m3ρL2：汽液兩相流疏水器自動液位調節(jié)閥后液相密度，kg/m3μL2：汽液兩相流疏水器自動液位調節(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液位調節(jié)閥后液相表面張力，N/mGrifith-Walls圖如下：后管路管徑計算時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液位調節(jié)閥的排水量的要求。