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        基于Visual Basic的臥式絲網(wǎng)氣液分離器工藝計算軟件開發(fā)

        2017-11-01 03:20:32李鵬飛石志強(qiáng)
        化工自動化及儀表 2017年2期
        關(guān)鍵詞:臥式絲網(wǎng)氣液

        姚 玨 范 飛 李鵬飛 石志強(qiáng)

        (蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司)

        基于Visual Basic的臥式絲網(wǎng)氣液分離器工藝計算軟件開發(fā)

        姚 玨 范 飛 李鵬飛 石志強(qiáng)

        (蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司)

        針對臥式絲網(wǎng)氣液分離器手工設(shè)計存在的效率低、計算結(jié)果不精確等問題,基于Visual Basic開發(fā)環(huán)境,根據(jù)手算實例與工程實踐,開發(fā)了臥式絲網(wǎng)氣液分離器的工藝計算軟件。應(yīng)用結(jié)果表明:該軟件界面友好、計算結(jié)果準(zhǔn)確,實現(xiàn)了分離器的精確高效設(shè)計。

        軟件開發(fā) 臥式絲網(wǎng)氣液分離器 參數(shù)計算 Visual Basic

        臥式絲網(wǎng)氣液分離器是石油化工企業(yè)中最普遍的一種高效氣液分離裝置,可用于氣體壓縮機(jī)出入口的氣液(液滴直徑大于5μm)分離[1,2],分餾塔頂冷凝冷卻器、氣體水洗塔、吸收塔及解析塔的氣相除霧等,實現(xiàn)凝液回收與氣相凈化[3]。傳統(tǒng)的臥式絲網(wǎng)氣液分離器是根據(jù)生產(chǎn)工藝條件、依據(jù)HG/T 20570.8-95進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的,這種方法費(fèi)時、工作量大且容易發(fā)生錯誤[4]。另外,在工程設(shè)計中臥式絲網(wǎng)氣液分離器的工藝計算需要大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算,傳統(tǒng)方法計算繁瑣,已不能達(dá)到高效設(shè)計的需求。因此,越來越多的工程設(shè)計趨向于通過計算機(jī)輔助完成[5,6]。

        Visual Basic是一種基于Windows的簡單易用的程序編程語言開發(fā)環(huán)境,具有編程簡單和效率高的優(yōu)點,可節(jié)約大量的時間和精力,提高設(shè)計質(zhì)量和速度。為此,筆者將Visual Basic應(yīng)用于臥式絲網(wǎng)氣液分離器的工藝計算軟件設(shè)計中,為Visual Basic應(yīng)用于工程設(shè)計提供了一個實例。

        1 臥式絲網(wǎng)氣液分離器的工作過程

        臥式絲網(wǎng)氣液分離器的分離過程涉及氣液兩相相互作用,是一種伴隨液滴凝結(jié)、破碎等物理現(xiàn)象的復(fù)雜三維強(qiáng)湍流運(yùn)動[7]。其分離過程通常分為3個階段:第1個階段為預(yù)分離過程,氣液兩相混合流以一定的速率進(jìn)入臥式絲網(wǎng)分離器,氣體中動量大的液滴與入口擋板發(fā)生碰撞,然后利用液滴的自身重力沉降下來[8],從而將氣液兩相流分成氣體與液體兩部分[9,10];第2個階段為二次分離過程,較小的液滴利用自身重力進(jìn)一步分離;第3個階段為除霧過程,當(dāng)液滴隨氣液兩相混合流通過絲網(wǎng)時,網(wǎng)格阻礙氣流通過,使氣流改變運(yùn)動速度和方向,進(jìn)而引起液滴對絲網(wǎng)產(chǎn)生沖擊、攔截、布朗擴(kuò)散、重力沉降及靜電吸引等一系列作用,最終使液滴凝聚分離[11]。

        2 數(shù)學(xué)模型與計算方法

        臥式絲網(wǎng)氣液分離器在進(jìn)行工藝計算時需要確定的參數(shù)有:停留時間;長徑比LT/DT,范圍為2~4;可變的液體面積A,以百分率計,通常初始值為80%;最低液位高度;常數(shù)KG,通常KG=0.107,如果氣流中分離的液滴量比較大則建議KG=0.075,如果在高粘度液體、高壓或高真空環(huán)境中則建議KG=0.060;液相流量VL、氣相流量VG、液相密度ρL和氣相密度ρG。

        2.1 直徑的計算

        可變的液體面積A的計算式為:

        A=ATOT-(Aa+Ab)

        其中,ATOT為容器橫截面積,氣體空間面積Aa=14%,最小液體面積Ab=6%。

        選擇C值(長徑比LT/DT)時,需考慮容器的可焊性(壁厚)和可運(yùn)輸性(直徑、長度)。

        將A與C代入即可確定直徑DT:

        其中,t為停留時間。由DT和Aa可得到氣體空間高度a,a的值應(yīng)不小于300mm。如果a<300mm,需用A<80%的數(shù)值再次進(jìn)行直徑計算。

        2.2 接管的計算

        進(jìn)出口接管間的距離LN′的計算式為:

        其中,當(dāng)液滴直徑為350μm時,R=0.167;當(dāng)液滴直徑為200μm時,R=0.127。氣液兩相混合流的入口接管直徑應(yīng)滿足:

        式中υGL——接管內(nèi)的兩相流速,m/s。

        由此可得:

        式中Dp——兩相入口接管直徑,m。

        任何情況下,較小的氣體出口流速有利于氣液兩相分離。

        2.3 液位與液位報警點的設(shè)計

        容器橫截面積ATOT為:

        液體停留1min所占的橫截面積A1為:

        A1=VL×1/(60×LT)

        由h/DT圖可得Ab/ATOT,并依次對最低液位(LL)、低液位報警(LA)、正常液位(NL)、高液位報警(HA)和最高液位(HL)進(jìn)行計算,得出相應(yīng)液位值。

        2.4 絲網(wǎng)部分的設(shè)計

        絲網(wǎng)部分的氣體流速對分離器的分離效率具有一定的影響。如果氣體流速過大,氣體將把液滴破碎,并帶出絲網(wǎng),形成“液泛”狀態(tài)。如果氣體流速過低,由于混合流達(dá)不到湍流狀態(tài),使許多液滴在穿過絲網(wǎng)的過程中沒有與絲網(wǎng)接觸,從而降低絲網(wǎng)的分離效率。

        氣相流量VG的計算式為:

        絲網(wǎng)直徑DG的計算式為:

        式中υG——通過絲網(wǎng)的氣體流速,m/s。

        3 開發(fā)工具與程序設(shè)計流程

        臥式絲網(wǎng)氣液分離器在設(shè)計與計算過程中參數(shù)較多,這些參數(shù)會直接影響分離器的分離效率,因此,參數(shù)的選取至關(guān)重要。應(yīng)用Visual Basic進(jìn)行面向臥式絲網(wǎng)氣液分離器的工藝設(shè)計與程序設(shè)計,可在計算機(jī)輔助設(shè)計過程中增加人機(jī)對話功能,實現(xiàn)對過程參數(shù)的調(diào)用與調(diào)整[12,13],并在參數(shù)輸入和選擇上都提出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)取值范圍和系列參考,使參數(shù)在選擇和調(diào)用時有理論依據(jù),從而有效保證臥式絲網(wǎng)氣液分離器結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果的合理性和正確性[12]。基于Visual Basic的程序設(shè)計流程如圖1所示。

        圖1 程序設(shè)計流程

        4 程序?qū)崿F(xiàn)與應(yīng)用

        臥式絲網(wǎng)氣液分離器程序中的具體參數(shù)設(shè)置如下:液相流量VL=17.71m3/h,氣相流量VG=4245.16m3/h,液相密度ρL=587.6310kg/m3,氣相密度ρG=14.4351kg/m3。

        首先,將已知參數(shù)輸入界面系統(tǒng)(圖2),其中氣相與液相流量均為相應(yīng)的體積流量。

        圖2 參數(shù)輸入界面

        然后,進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算。在輸入計算結(jié)果時,相關(guān)參數(shù)會出現(xiàn)對話框,提示確定相應(yīng)值(圖3)。在計算過程中,如果是合理的計算,文本框會顯示計算合理,并進(jìn)行下一步計算;如果不合理,會重復(fù)對話框,對參數(shù)進(jìn)行重新選擇修改,直到計算合理為止。

        圖3 相關(guān)參數(shù)輸入界面

        最后,輸出數(shù)據(jù)。如果對設(shè)計結(jié)果滿意,可將數(shù)據(jù)保存,否則關(guān)掉所有在運(yùn)算過程中彈出的窗口,重新調(diào)整輸入?yún)?shù)值并進(jìn)行計算。計算結(jié)束后,可以點擊“退出”按鈕退出程序。

        Visual Basic已通過臥式絲網(wǎng)氣液分離器的計算實例得到驗證,所獲得的設(shè)計結(jié)果合理,程序效率高,操作簡單,只需輸入相應(yīng)參數(shù)即可獲得結(jié)果。

        5 結(jié)束語

        筆者開發(fā)的軟件設(shè)計計算方法及其基于Visual Basic的應(yīng)用與實現(xiàn)均具有良好的通用性,所開發(fā)的基于Visual Basic的臥式絲網(wǎng)氣液分離器工藝計算軟件,省去了傳統(tǒng)手工設(shè)計大量的繁瑣計算,節(jié)約了時間與精力,相比傳統(tǒng)設(shè)計,結(jié)果更精確、效率更高、設(shè)計質(zhì)量更高、開發(fā)周期更短。

        因此,該臥式絲網(wǎng)氣液分離器計算軟件有較強(qiáng)的實用性與良好的參考價值。由此可見,計算機(jī)輔助計算與設(shè)計技術(shù)在化工設(shè)計和其他工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用價值。

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        ProcessCalculationSoftwareDevelopmentforHorizontalWireMeshGas-LiquidSeparatorsBasedonVisualBasic

        YAO Jue, FAN Fei, LI Peng-fei, SHI Zhi-qiang
        (LanzhouLSEnergyEquipmentEngineeringInstituteCo.,Ltd.)

        TH865

        B

        1000-3932(2017)02-0184-04

        2016-07-29,

        2016-08-31)

        (Continued on Page 204)

        姚玨(1988-),助理工程師,從事煤炭溫和轉(zhuǎn)換、煤化工設(shè)備的研究,yaojueok@163.com。

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