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CN111744383A - 一种气液两相流分配器与气液两相流分配方法 - Google Patents

一种气液两相流分配器与气液两相流分配方法 Download PDF

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CN111744383A CN201910246798.0A CN201910246798A CN111744383A CN 111744383 A CN111744383 A CN 111744383A CN 201910246798 A CN201910246798 A CN 201910246798A CN 111744383 A CN111744383 A CN 111744383A
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王以斌
郭维军
丁梅峰
曾波
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Abstract

本发明公开了一种气液两相流分配器与气液两相流分配方法。分配器设有混合管(1)，混合管内设有螺旋板(3)和节流孔板(2)。混合管的出口与开孔筒体(7)的内腔相通，开孔筒体设于分配腔筒体(6)的内腔中。转动板(10)上设有转动轴(15)，分配腔筒体的内表面上设有固定隔板(8)，开孔筒体(7)的外表面上设有转动隔板(9)。第一分配腔出口管(11)与第一分配腔(16)相通，第二分配腔出口管(12)与第二分配腔(17)相通。本发明还公开了一种气液两相流分配方法，使用上述的气液两相流分配器。本发明可用于石油、化工、核工业等领域，实现气液两相流的按比例精确分配。

Description

一种气液两相流分配器与气液两相流分配方法
技术领域
本发明属于气液两相流动以及流体分配技术领域，涉及一种气液两相流分配器与气液两相流分配方法。
背景技术
气液两相流动流型较多且不统一，在不同的气液流量下会出现各种各样的流型。在某些流型下，尤其是在段塞流流型下，管路各截面上的压力和气液流量经常有剧烈的波动。严格来讲，气液两相流管路总是处于不稳定的流动状态。
在石油、化工、核工业等不同的工业领域，对气液两相流的按比例分配以及均匀取样操作都有相应的应用。气液两相流的按比例分配较之单相流的按比例分配具有更高的难度。现有的Y型或T型气液两相流分配器，是将气液混合后分为两股输出。由于气液两相流在大多数流型下(例如段塞流、分层流、泡状流)气液相分布极不均匀，Y型或T型分配器难以按比例精确分配气液两相流，不能满足某些精确反应器的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种气液两相流分配器与气液两相流分配方法，以解决现有分配器所存在的无法按比例精确分配气液两相流的问题。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种气液两相流分配器，其特征在于：它设有混合管，混合管内沿轴向设有螺旋板，螺旋板的内侧边与杆件的外表面相连，外侧边与混合管的内表面相连，相邻两圈螺旋板、杆件的外表面与混合管的内表面之间形成螺旋流道，混合管的入口附近设有节流孔板，混合管的出口设有混合管出口板，且混合管的出口与开孔筒体的内腔相通，开孔筒体设于分配腔筒体的内腔中，分配腔筒体的一端与混合管出口板相连，分配腔筒体的另一端设有端板，混合管出口板挨着分配腔筒体内腔的端面上设有圆环形凹槽，开孔筒体的入口端插入圆环形凹槽内，开孔筒体的另一端与转动板的一个端面相连，转动板上设有转动轴，分配腔筒体的内表面上设有固定隔板，开孔筒体的外表面上设有转动隔板，分配腔筒体、开孔筒体、混合管出口板与转动板之间形成横截面为圆环形的空间，固定隔板和转动隔板将该空间分隔成第一分配腔和第二分配腔，分配腔筒体上设有第一分配腔出口管和第二分配腔出口管，第一分配腔出口管与第一分配腔相通，第二分配腔出口管与第二分配腔相通。
一种气液两相流分配方法，其特征在于使用上述的气液两相流分配器，气液两相流进入混合管，首先流经节流孔板上的节流孔，流速提高并进行预混合，再进入螺旋流道内螺旋流动，进一步充分混合，成为混合均匀的均相流状态的气液混合物，之后气液混合物从混合管的出口流出、进入开孔筒体的内腔，开孔筒体内腔中的气液混合物从开孔筒体上的开孔流出，进入第一分配腔和第二分配腔，第一分配腔中的气液混合物从第一分配腔出口管流出，第二分配腔中的气液混合物从第二分配腔出口管流出。
采用本发明，具有如下的有益效果：(1)不均匀的气液两相流流经节流孔板和螺旋流道后，成为混合均匀的均相流状态的气液混合物；其相分布单一，有利于均匀分配。气液混合物从开孔筒体上的开孔流出，从各开孔流出的气液混合物的流量基本上是相等的。按第一分配腔与第二分配腔的容积比，可以比较精确地按比例分配进入第一分配腔与第二分配腔的气液混合物的流量，再使两个分配腔中的气液混合物分别从第一分配腔出口管和第二分配腔出口管流出，从而使气液混合物比较精确地按比例分成两股，分配精度高于现有的Y型或T型分配器。(2)旋转转动轴可以使开孔筒体和转动隔板绕开孔筒体的轴心线转动，以改变第一分配腔与第二分配腔的容积比，从而改变进入到第一分配腔和第二分配腔的气液混合物的流量比，调节从第一分配腔出口管和第二分配腔出口管流出的两股气液混合物的流量比，实现两股气液混合物分配比例的调节，满足不同的需要。(3)本发明分配器的结构和操作比较简单，适于在工业上应用。
本发明可用于石油、化工、核工业等领域，实现气液两相流的按比例精确分配。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。
附图说明
图1是本发明气液两相流分配器的结构示意图。
图2是图1中的A—A剖视图。
图3是第一分配腔出口管、第二分配腔出口管和固定隔板的优选设置方式的示意图。
图1至图3中，相同附图标记表示相同的技术特征。图1中的开孔筒体采用局部剖视。
具体实施方式
参见图1和图2，本发明的气液两相流分配器(简称为分配器)设有混合管1，混合管1内沿轴向设有螺旋板3。螺旋板3的内侧边与杆件4的外表面相连(焊接)，外侧边与混合管1的内表面相连(焊接)，相邻两圈螺旋板3、杆件4的外表面与混合管1的内表面之间形成螺旋流道。杆件4一般为圆柱形钢棒。混合管1的入口附近设有节流孔板2，节流孔板2一般为标准件，焊接于混合管1的内表面上。混合管1的出口设有混合管出口板5，且混合管1的出口与开孔筒体7的内腔相通，开孔筒体7设于分配腔筒体6的内腔中。开孔筒体7上的开孔一般为圆形孔(用钻头钻孔)，直径一般为20～30毫米，且取相同的直径；开孔在开孔筒体7上均匀分布，开孔率一般为60％～65％。分配腔筒体6的一端与混合管出口板5相连，分配腔筒体6的另一端设有端板13。
混合管出口板5挨着分配腔筒体6内腔的端面上设有圆环形凹槽，开孔筒体7的入口端插入圆环形凹槽内。这种结构可以起到密封以及支撑开孔筒体7入口端的作用。开孔筒体7入口端的端面和侧面与圆环形凹槽的槽底面和侧面之间分别为间隙配合，不妨碍开孔筒体7的转动。开孔筒体7的另一端与转动板10的一个端面相连(焊接)。转动板10上设有转动轴15，转动轴15从端板13上的开孔伸出，与该开孔之间设有密封件14。转动轴15的外端部为正六棱柱形，以便用扳手或其它装置对转动轴15进行旋转。
分配腔筒体6的内表面上设有固定隔板8，开孔筒体7的外表面上设有转动隔板9。分配腔筒体6、开孔筒体7、混合管出口板5与转动板10之间形成横截面为圆环形的空间(更具体地说是，分配腔筒体6的内表面、开孔筒体7的外表面、混合管出口板5挨着分配腔筒体6内腔的端面、转动板10与开孔筒体7的另一端相连的端面之间，形成横截面为圆环形的空间)，固定隔板8和转动隔板9将该空间分隔成第一分配腔16和第二分配腔17。分配腔筒体6上设有第一分配腔出口管11和第二分配腔出口管12，第一分配腔出口管11与第一分配腔16相通，第二分配腔出口管12与第二分配腔17相通。旋转转动轴15可以使开孔筒体7和转动隔板9绕开孔筒体7的轴心线转动，以改变第一分配腔16与第二分配腔17的容积比。
混合管1、开孔筒体7和分配腔筒体6均为圆筒形，同轴设置。混合管出口板5为圆环形平板，与混合管1的出口和分配腔筒体6的一端焊接连接；分配腔筒体6的另一端与端板13焊接连接。固定隔板8和转动隔板9为矩形板，它们的短边一般位于开孔筒体7和分配腔筒体6的径向上。固定隔板8的一个长边焊接于分配腔筒体6的内表面上，另一个长边贴合于开孔筒体7的外表面上(之间为间隙配合)。固定隔板8的一个短边焊接于转动板10与开孔筒体7的另一端相连的端面上，另一个短边焊接于混合管出口板5挨着分配腔筒体6内腔的端面上。转动隔板9的一个长边焊接于开孔筒体7的外表面上，另一个长边贴合于分配腔筒体6的内表面上(之间为间隙配合)。转动隔板9的一个短边贴合于转动板10与开孔筒体7的另一端相连的端面上(之间为间隙配合)，另一个短边贴合于混合管出口板5挨着分配腔筒体6内腔的端面上(之间为间隙配合)。转动板10为圆形平板，侧面贴合于分配腔筒体6的内表面上(之间为间隙配合)，转动轴15焊接于转动板10的中心。
如图1和图2所示，第一分配腔出口管11和第二分配腔出口管12沿分配腔筒体6的直径同轴设置，第一分配腔出口管11靠近固定隔板8。图3所示本发明的一种优先方式是，第一分配腔出口管11和第二分配腔出口管12靠近固定隔板8；这种设置方式下，第一分配腔16与第二分配腔17的容积比一般为0.2～10。图3相当于在图1中的A—A位置剖切而得到的剖视图。
螺旋板3一般为正螺旋面形，可以左旋或右旋。沿混合管1的轴向，在一个混合管1直径(内直径)的长度上，混合管1内螺旋板3的圈数一般为2～5圈。节流孔板2上节流孔的直径(最小直径)一般为混合管1直径的1/3～1/4。
本发明的分配器最好是立式设置(如图1所示)。这种设置方式顾及开孔筒体7内腔中的气液混合物所受的重力，有利于气液混合物在开孔筒体7的圆周方向上从开孔筒体7上的开孔更为均匀地流出。本发明的分配器还可以是卧式设置。
本发明分配器各部件的材料一般均采用不锈钢。
本发明的气液两相流分配方法，使用上述的气液两相流分配器。分配器混合管1的入口通过法兰与上游的两相流管路相连，第一分配腔出口管11和第二分配腔出口管12分别与通往精确反应器两个接口的两条管路相连。操作时，气液两相流进入混合管1，首先流经节流孔板2上的节流孔，流速提高并进行预混合。流速提高有助于液相的雾化，从而提高气液预混合效果。
节流后的气液两相流进入螺旋流道内螺旋流动，进一步充分混合，成为混合均匀的均相流状态的气液混合物。之后，气液混合物从混合管1的出口流出、进入开孔筒体7的内腔。开孔筒体7内腔中的气液混合物从开孔筒体7上的开孔流出，进入第一分配腔16和第二分配腔17。第一分配腔16中的气液混合物从第一分配腔出口管11流出，通过管路流向精确反应器的一个接口；第二分配腔17中的气液混合物从第二分配腔出口管12流出，通过管路流向精确反应器的另一个接口。两股气液混合物的流量可以比较精确地按比例控制，为精确反应器的运行提供可靠的入口条件。
旋转转动轴15可以使开孔筒体7和转动隔板9绕开孔筒体7的轴心线转动，以改变第一分配腔16与第二分配腔17的容积比，从而改变进入到第一分配腔16和第二分配腔17的气液混合物的流量比，调节从第一分配腔出口管11和第二分配腔出口管12流出的两股气液混合物的流量比，实现两股气液混合物分配比例的调节。
上述操作过程所述气液中的气体一般是待反应的化工烃类气体，液体一般是待反应的化工烃类液体或者液相添加剂。第一分配腔出口管11和第二分配腔出口管12内气液混合物的压力与精确反应器的压力相匹配，气液体积比一般为8～20。操作过程中，开孔筒体7的内腔、第一分配腔16、第二分配腔17、第一分配腔出口管11和第二分配腔出口管12中一直充满气液混合物。
本发明所述的各处间隙配合会使气液泄漏，造成少量流量误差；这是难免的，也是精确反应器所允许的。气液混合物会从转动板10侧面与分配腔筒体6内表面之间的间隙泄漏到转动板10与端板13之间的空间，当将该空间充满后气液混合物即不再从所述的间隙泄漏。

Claims (7)

1.一种气液两相流分配器，其特征在于：它设有混合管(1)，混合管(1)内沿轴向设有螺旋板(3)，螺旋板(3)的内侧边与杆件(4)的外表面相连，外侧边与混合管(1)的内表面相连，相邻两圈螺旋板(3)、杆件(4)的外表面与混合管(1)的内表面之间形成螺旋流道，混合管(1)的入口附近设有节流孔板(2)，混合管(1)的出口设有混合管出口板(5)，且混合管(1)的出口与开孔筒体(7)的内腔相通，开孔筒体(7)设于分配腔筒体(6)的内腔中，分配腔筒体(6)的一端与混合管出口板(5)相连，分配腔筒体(6)的另一端设有端板(13)，混合管出口板(5)挨着分配腔筒体(6)内腔的端面上设有圆环形凹槽，开孔筒体(7)的入口端插入圆环形凹槽内，开孔筒体(7)的另一端与转动板(10)的一个端面相连，转动板(10)上设有转动轴(15)，分配腔筒体(6)的内表面上设有固定隔板(8)，开孔筒体(7)的外表面上设有转动隔板(9)，分配腔筒体(6)、开孔筒体(7)、混合管出口板(5)与转动板(10)之间形成横截面为圆环形的空间，固定隔板(8)和转动隔板(9)将该空间分隔成第一分配腔(16)和第二分配腔(17)，分配腔筒体(6)上设有第一分配腔出口管(11)和第二分配腔出口管(12)，第一分配腔出口管(11)与第一分配腔(16)相通，第二分配腔出口管(12)与第二分配腔(17)相通。
2.根据权利要求1所述的气液两相流分配器，其特征在于：第一分配腔出口管(11)和第二分配腔出口管(12)靠近固定隔板(8)。
3.根据权利要求1或2所述的气液两相流分配器，其特征在于：第一分配腔(16)与第二分配腔(17)的容积比为0.2～10。
4.根据权利要求1或2或3所述的气液两相流分配器，其特征在于：沿混合管(1)的轴向，在一个混合管(1)直径的长度上，混合管(1)内螺旋板(3)的圈数为2～5圈。
5.根据权利要求1所述的气液两相流分配器，其特征在于：节流孔板(2)上节流孔的直径为混合管(1)直径的1/3～1/4。
6.根据权利要求1至5中任何一项所述的气液两相流分配器，其特征在于：所述的气液两相流分配器立式设置或卧式设置。
7.一种气液两相流分配方法，其特征在于使用权利要求(1)所述的气液两相流分配器，气液两相流进入混合管(1)，首先流经节流孔板(2)上的节流孔，流速提高并进行预混合，再进入螺旋流道内螺旋流动，进一步充分混合，成为混合均匀的均相流状态的气液混合物，之后气液混合物从混合管(1)的出口流出、进入开孔筒体(7)的内腔，开孔筒体(7)内腔中的气液混合物从开孔筒体(7)上的开孔流出，进入第一分配腔(16)和第二分配腔(17)，第一分配腔(16)中的气液混合物从第一分配腔出口管(11)流出，第二分配腔(17)中的气液混合物从第二分配腔出口管(12)流出。
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