CN111744382A - 气液两相流分配器与气液两相流分配方法 - Google Patents

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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)、分配腔筒体(6)、转动轴(10)。混合管内沿轴向设有螺旋板(3)，混合管的入口附近设有节流孔板(2)、出口附近设有分布板(5)，分配腔筒体的入口附近设有支架(7)。分配腔筒体的内表面上设有固定隔板(8)，转动轴的外表面上设有转动隔板(9)。端板(13)上设有第一分配腔出口管(11)和第二分配腔出口管(12)，第一分配腔出口管与第一分配腔相通，第二分配腔出口管与第二分配腔相通。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

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、分配腔筒体，混合管的出口与分配腔筒体的入口相连，分配腔筒体的另一端设有端板，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，混合管的出口附近设有分布板，分配腔筒体的入口附近设有支架，沿分配腔筒体的轴心线设有转动轴，转动轴的一端支撑于支架上，另一端从端板上的开孔伸出，在支架与端板之间，分配腔筒体的内表面上设有固定隔板，转动轴的外表面上设有转动隔板，分配腔筒体、转动轴、端板与支架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，端板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，之后气液混合物流经分布板以及支架，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。气液混合物从分布板上的分布孔流出，在混合管出口处的横截面上均匀分布。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)旋转转动轴可以使转动轴和转动隔板绕转动轴的轴心线转动，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中支架的左视图。
图3是图1中的A—A剖视图。
图1至图3中，相同附图标记表示相同的技术特征。
具体实施方式
参见图1、图2和图3，本发明的气液两相流分配器(简称为分配器)设有混合管1、分配腔筒体6，混合管1的出口与分配腔筒体6的入口通过法兰相连，分配腔筒体6的另一端设有端板13。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的出口附近设有分布板5，分配腔筒体6的入口附近设有支架7，分布板5和支架7分别焊接于混合管1和分配腔筒体6的内表面上。螺旋流道的入口靠近节流孔板2，出口靠近分布板5。
沿分配腔筒体6的轴心线设有转动轴10，转动轴10的一端支撑于支架7上，另一端从端板13上的开孔伸出，与该开孔之间设有密封件14。转动轴10的外端部为正六棱柱形，以便用扳手或其它装置对转动轴10进行旋转。
在支架7与端板13之间，分配腔筒体6的内表面上设有固定隔板8，转动轴10的外表面上设有转动隔板9。分配腔筒体6、转动轴10、端板13与支架7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、转动轴10的外表面、端板13与分配腔筒体6的另一端相连的端面以及支架7靠近该端面的侧面之间，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151和第二分配腔152。端板13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151相通，第二分配腔出口管12与第二分配腔152相通。旋转转动轴10可以使转动轴10和转动隔板9绕转动轴10的轴心线转动，以改变第一分配腔151与第二分配腔152的容积比。
混合管1可以是横截面为圆形的直管。但混合管1最好为渐缩管道(如图1所示)，呈截头圆锥面形，入口直径大于出口直径。混合管1的母线与轴心线之间的夹角一般为3～10度。混合管1出口直径与入口直径的比值一般为0.5～0.9，优选为0.7～0.8。所述的直径为内直径。
分配腔筒体6为圆筒形，端板13为圆形平板，转动轴10为圆柱形，它们均与混合管1同轴设置。分布板5为圆形平板，均匀布满分布孔；分布孔一般为直径相同的圆孔，直径一般为20～30毫米，开孔率一般为50％～60％。固定隔板8和转动隔板9为矩形板，它们的短边一般位于转动轴10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，另一个长边贴合于转动轴10的外表面上(之间为间隙配合)。固定隔板8的一个短边焊接于端板13与分配腔筒体6的另一端相连的端面上，另一个短边焊接于支架7上。转动隔板9的一个长边焊接于转动轴10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的一个短边贴合于端板13与分配腔筒体6的另一端相连的相连的端面上(之间为间隙配合)，另一个短边靠近支架7。
混合管1内的螺旋板3一般为正圆锥螺旋面形，可以左旋或右旋。沿混合管1的轴向，在一个混合管1入口直径的长度上，螺旋板3的圈数一般为2～5圈。混合管1采用渐缩管道、螺旋板3采用正圆锥螺旋面形，可以使从螺旋流道入口到螺旋流道出口的螺旋流道的横截面积连续减小，气液两相流在螺旋流道内流动时持续加速，有利于气液充分混合，均匀分布。
节流孔板2上节流孔的直径(最小直径)一般为混合管1入口直径的1/3～1/4。
第一分配腔出口管11和第二分配腔出口管12一般靠近固定隔板8。第一分配腔151与第二分配腔152的容积比一般为0.2～10。
图1和图2所示的支架7由内环701、外环702和肋板703组成。内环701和外环702为短圆管，同轴设置。肋板703为若干个矩形板，沿内环701和外环702的径向设置，绕内环701和外环702的圆周方向均匀分布，尽量减小对流经分布板5后的气液混合物均匀性的影响。相邻两个肋板703以及内环701和外环702之间的空间可供气液混合物流过。转动轴10的一端插入内环701的中心孔，得到支撑。
本发明的分配器可以立式设置或卧式设置，各部件的材料一般采用不锈钢。
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。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从螺旋流道的入口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，从螺旋流道的出口流出。之后气液混合物流经分布板5上的分布孔，在混合管1出口处的横截面上均匀分布，再流经混合管1的出口、分配腔筒体6的入口和支架7，进入第一分配腔151和第二分配腔152。第一分配腔151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152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10可以使转动轴10和转动隔板9绕转动轴10的轴心线转动，以改变第一分配腔151与第二分配腔152的容积比，从而改变进入到第一分配腔151和第二分配腔152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，气液混合物从分布板5上的分布孔喷射出来，分布板5至第一分配腔出口管11和第二分配腔出口管12的所有空腔中(包括第一分配腔151和第二分配腔152)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。

Claims (10)

1.一种气液两相流分配器，其特征在于：它设有混合管(1)、分配腔筒体(6)，混合管(1)的出口与分配腔筒体(6)的入口相连，分配腔筒体(6)的另一端设有端板(13)，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)的出口附近设有分布板(5)，分配腔筒体(6)的入口附近设有支架(7)，沿分配腔筒体(6)的轴心线设有转动轴(10)，转动轴(10)的一端支撑于支架(7)上，另一端从端板(13)上的开孔伸出，在支架(7)与端板(13)之间，分配腔筒体(6)的内表面上设有固定隔板(8)，转动轴(10)的外表面上设有转动隔板(9)，分配腔筒体(6)、转动轴(10)、端板(13)与支架(7)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(151)和第二分配腔(152)，端板(13)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(151)相通，第二分配腔出口管(12)与第二分配腔(152)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：混合管(1)为渐缩管道，呈截头圆锥面形，入口直径大于出口直径，混合管(1)的母线与轴心线之间的夹角为3～10度。
3.根据权利要求2所述的气液两相流分配器，其特征在于：混合管(1)内的螺旋板(3)为正圆锥螺旋面形，沿混合管(1)的轴向，在一个混合管(1)入口直径的长度上，螺旋板(3)的圈数为2～5圈。
4.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)入口直径的1/3～1/4。
5.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)。
6.根据权利要求1或2或5所述的气液两相流分配器，其特征在于：第一分配腔(151)与第二分配腔(152)的容积比为0.2～10。
7.根据权利要求1所述的气液两相流分配器，其特征在于：支架(7)由内环(701)、外环(702)和肋板(703)组成。
8.根据权利要求1至7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。
9.一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，之后气液混合物流经分布板(5)以及支架(7)，进入第一分配腔(151)和第二分配腔(152)，第一分配腔(151)中的气液混合物从第一分配腔出口管(11)流出，第二分配腔(152)中的气液混合物从第二分配腔出口管(12)流出。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：旋转转动轴(10)，使转动轴(10)和转动隔板9绕转动轴(10)的轴心线转动，以改变第一分配腔(151)与第二分配腔(152)的容积比。
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