CN108398488A - 一种声波检测旋风分离器分离效率临界变化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种声波检测旋风分离器分离效率临界变化的方法，通过声发射传感器接收旋风分离器内部的声信号，结合声能量分析、信息熵分析等分析方法处理接收到的声信号，进而判断分离效率临界变化。本发明所涉及的检测手段是非侵入式的，对旋风分离器内部流场无干扰而自身抗干扰性较高；所涉及的分析方法能实时在线地识别分离效率临界变化，以期为工业安全生产提供指导。

Description

一种声波检测旋风分离器分离效率临界变化的方法
技术领域
本发明涉及一种声波检测旋风分离器分离效率临界变化的方法。
背景技术
旋风分离器结构简单，耐高温、高压，维护方便，造价低，在石油、化工、冶金、材料等工业生产中应用极为广泛。然而，随着旋风分离器的广泛应用，在其实际运行中也逐步暴露出了诸多问题，主要表现在分离效率等方面，而分离效率作为旋风分离器的一项重要指标，对于设计与指导生产具有重要作用。并且临界分离效率更是体现了能够达到的最好的分离效果，但是分离效率临界变化过程是检测中的难点问题，因此选用能准确反映分离效率临界变化过程的检测技术是非常重要的。
随着检测技术的发展和进步，相关研究者对多相流检测均做了大量的研究工作，其中应用比较多的主要有压力脉动法、光纤法、电容层析成像法和射线法。但这些方法大都存在诸多问题，如压力脉动法和光纤法为侵入式，对流场影响较大；电容层析成像法在低浓度情况下检测困难且只适宜尺寸相对较小的系统中；射线法会对人体造成伤害且对环境有辐射污染。而被动式的声发射技术根据接收和分析过程中发出的振动信号，关联过程中的操作参数，能够实现对生产过程中某些重要参数的检测和监控。声发射技术能够准确的获得气固流化床中的流动状态，例如，中国专利(授权号CN 1287890C)采用声波检测技术对流化床反应器的内部流动信息进行了准确及时的在线分析；中国专利（授权号CN100405027C）采用声发射技术及时准确的分析了流化床反应器内的料位高度，测定了起始流化速度、起始湍动流化速度及流化床内颗粒的流动模式。在气固流化床中，由于流体向上流过颗粒堆积的床层使得颗粒具有一般流体性质。然而气固流化床与旋风分离器中的流动状态是不同的，在旋风分离器中颗粒受到离心力和重力的作用做旋转运动，使得颗粒从气流中分离出来。所以理解旋风分离器内的流动状况，对于提高旋风分离器的分离效率具有重要作用。因此，具有灵敏度高、安全环保、不侵入流场和实时在线的声发射技术能够较好地测定旋风分离器中的旋转运动情况，进而可以判断分离效率临界变化。
同样，分析方法对识别旋风分离器分离效率临界变化也至关重要，目前，已有研究人员应用声发射技术结合各种分析方法研究流体动力学行为。例如He等（InternationalJournal of Multiphase Flow 2009, 35 (11), 1011-1016.）采用声波信号结合小波分析方法，在不同尺度中提取有用信息来表征颗粒运动和颗粒粒径分布。Villa Briongos等（Powder Technology 2006, 162 (2), 145-156.）采用声发射技术结合时、频域以及状态空间法对时间序列分析，来表征节涌动力学。而迄今为止，鲜少有人采用声发射技术结合分析方法研究旋风分离器分离效率的临界变化。
综上所述，本发明提出了一种声波检测旋风分离器分离效率临界变化的方法，结合适合的分析方法进行分析，对分离效率临界转变过程及规律进行研究，以期为工业安全生产提供理论指导。
发明内容
本发明的目的是提供一种声波检测旋风分离器分离效率临界变化的方法。
声信号是由气流受到入口结构的约束由直线运动的均匀流动向旋转运动转换，气流中携带的固体颗粒在惯性力和离心力的作用下会脱离旋转气流向外运动甩向壁面，导致颗粒与颗粒、颗粒与壁面间的碰撞而产生的。声信号的能量可以反映旋风分离器内颗粒运动和气体行为的剧烈程度，在分离效率发生临界变化的过程中，声信号可以很好地捕捉颗粒运动和气体行为剧烈的变化，所以能对生产参数进行调控。
一种声波检测旋风分离器分离效率临界变化的方法，包括如下步骤：
（1）在旋风分离器壁面处设置声发射传感器；
（2）声发射传感器接收旋风分离器内部的声信号；
（3）将接收到的声信号采用声能量和信息熵等分析方法进行处理，得到了声能量E和信息熵S随鼓泡床气速Ug,b变化的曲线图；
（4）根据声能量E和信息熵S随鼓泡床气速Ug,b的变化曲线，进而判断旋风分离器分离效率临界变化。
声发射传感器位于旋风分离器底部以上高度处，其优选位置为声发射传感器高度与旋风分离器高度比值在0.5~0.8范围之间。
声发射传感器在旋风分离器底部以上沿旋风分离器壁面处设置1~6个进行组合测量，其优选设置2~4个进行组合测量。
声信号的分析方法为声能量、信息熵、标准偏差、复杂性、小波等，其优选声能量、信息熵。
旋风分离器内部的声信号通过设置在旋风分离器底部以上的壁面处的声发射传感器进入信号放大器进行信号放大，然后进入采集卡进行信号的A/D转换，最后进入计算机进行处理和分析。
本发明与现有技术相比具有的如下优点：
a. 声信号的检测手段只需要将探头贴于旋风分离器表面即可接收声信号，无需探头伸入，不会干扰内部流场；
b. 声信号的检测手段具有灵敏度高、安全环保等优点，且能实时在线获得准确的数据。
附图说明
图1是采用声波检测旋风分离器分离效率临界变化的装置示意图；
图2是不同高度下声能量随鼓泡床气速变化图；其中，Ug,b为鼓泡床气速，Umf为起始流化速度，E为声能量，H为距旋风分离器底部高度；
图3是声信号信息熵随鼓泡床气速变化图；其中，S为信息熵；
图4是分离效率和颗粒循环流率随鼓泡床气速变化图；其中，η为分离效率，Gs为颗粒循环流率。
具体实施方法
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细阐述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1
在如图1实验装置图中，采用线性低密度聚乙烯（LLDPE）作为流化物料，采用空气作为流化气体，通过调节鼓泡床气速Ug,b，同时固定颗粒贮量Is=4kg，提升管气速为Ug,r=22.1Umf，阻隔器气速为Ug,p-t=3.1Umf；待流化稳定后，通过声发射传感器接收距离旋风分离器底部以上壁面处H=0.65m、H=0.71m的声信号，声信号的接收频率为500kHz。
声信号经声能量分析方法处理，得到图2所示的结果。由于旋风分离器内颗粒活跃程度以及气体行为规律，在Ug,b=1.99Umf处，声能量E有显著变化，所以对应的气速Ug,b=1.99Umf为旋风分离器分离效率临界变化。
实施例2
采用实施例1测量所接收声信号经信息熵分析方法处理，得到图3所示的结果。由于旋风分离器内颗粒流动的混沌特性，在Ug,b=1.77Umf处，信息熵S有显著变化，所以对应的气速Ug,b=1.77Umf为旋风分离器分离效率临界变化。
对照：分离效率和颗粒循环流率
分离效率是由系统总质量减去旋风分离器出气口溢出颗粒质量的差值除以系统总质量获得，得到图4所示的结果，在Ug,b=1.99Umf处，分离效率η有显著变化，所以对应的气速Ug,b=1.99Umf为旋风分离器分离效率临界变化。待流化稳定后，颗粒循环流率通过关闭鼓泡床颗粒进料入口，打开图1中颗粒循环流率测量装置，测得15s内颗粒的积累量获得，得到图4所示的结果，在Ug,b=1.99Umf处，颗粒循环流率Gs有显著变化，所以对应的气速Ug,b=1.99Umf为旋风分离器分离效率临界变化。
表1 多种方法分离效率临界变化对比
由表1可知，通过声能量、信息熵等声信号分析方法与分离效率、颗粒循环流率等结果进行对比，误差均在12.4%范围内。由于旋风分离器分离效率临界变化在合理的误差范围之内，因此声发射技术具有能不侵入流场和实时在线测量分离效率临界变化等优点。

Claims (4)

1.一种声波检测旋风分离器分离效率临界变化的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）在旋风分离器壁面处设置声发射传感器；
（2）声发射传感器接收旋风分离器内部的声信号；
（3）将接收到的声信号采用声能量和信息熵等分析方法进行处理，得到了声能量E和信息熵S随鼓泡床气速Ug,b变化的曲线图；
（4）根据声能量E和信息熵S随鼓泡床气速Ug,b的变化曲线，进而判断旋风分离器分离效率临界变化。
2.根据权利要求1所述的一种声波检测旋风分离器分离效率临界变化的方法，其特征在于：所述的声发射传感器位于旋风分离器底部以上高度处，其优选位置为声发射传感器高度与旋风分离器高度比值在0.5~0.8范围之间。
3.根据权利要求1所述的一种声波检测旋风分离器分离效率临界变化的方法，其特征在于：所述的声发射传感器在旋风分离器底部以上沿旋风分离器壁面处设置1~6个进行组合测量，其优选设置2~4个进行组合测量。
4.根据权利要求1所述的一种声波检测旋风分离器分离效率临界变化的方法，其特征在于：所述的声信号的分析方法为声能量、信息熵、统计分析、复杂性、小波等，其优选声能量、信息熵。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11656203B2 (en) * 2020-12-10 2023-05-23 Batfer Investment S.A. Apparatus and method for determining solids level in a sand separator

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD232206A1 (de) * 1984-08-30 1986-01-22 Dessau Zementanlagenbau Veb Verfahren und anordnung zum erkennen von ansatzbildungen in vorwaermern
JPH08247077A (ja) * 1995-03-14 1996-09-24 Matsushita Refrig Co Ltd 圧縮機の液圧縮診断装置
CN103499516A (zh) * 2013-10-22 2014-01-08 东南大学 一种高压密相气力输送煤粉流动状态的检测方法及检测装置
CN103543210A (zh) * 2013-11-14 2014-01-29 南京航空航天大学 基于声发射技术的加压气力输送流型检测装置和方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD232206A1 (de) * 1984-08-30 1986-01-22 Dessau Zementanlagenbau Veb Verfahren und anordnung zum erkennen von ansatzbildungen in vorwaermern
JPH08247077A (ja) * 1995-03-14 1996-09-24 Matsushita Refrig Co Ltd 圧縮機の液圧縮診断装置
CN103499516A (zh) * 2013-10-22 2014-01-08 东南大学 一种高压密相气力输送煤粉流动状态的检测方法及检测装置
CN103543210A (zh) * 2013-11-14 2014-01-29 南京航空航天大学 基于声发射技术的加压气力输送流型检测装置和方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
任聪静: "多相流体系临界现象的转变和调控", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *
朱云等: "《冶金设备》", 30 June 2009, 北京冶金工业出版社 *
王志春等: "基于声发射的气固两相流流型识别", 《化学工程》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11656203B2 (en) * 2020-12-10 2023-05-23 Batfer Investment S.A. Apparatus and method for determining solids level in a sand separator

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