CN204127546U - 一种冷热流体混合三通 - Google Patents

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高炳军
陈艺芳
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Abstract

本实用新型公开了一种冷热流体混合三通，包括三通主体和锥口导流管，所述三通主体由主管和支管垂直正交构成；所述主管包括主管入口和主管出口；所述支管包括支管入口和支管出口；其特征在于所述锥口导流管包括锥口导流管端部和锥口导流管底部，所述锥口导流管端部为圆锥壳体，锥口导流管与主管在迎流侧通过锥口导流管端部焊接在主管内部，锥口导流管端部处于主管入口与支管之间，锥口导流管底部处于支管与主管出口之间。本混合三通通过合理的工艺参数设计，能避免腐蚀液滴的偏流聚集，从而根治了三通管道下游的腐蚀开裂问题，方便简易。

Description

一种冷热流体混合三通
技术领域
本实用新型涉及流体输送管路零部件，具体为一种冷热流体混合三通，用于防止流体中腐蚀液滴的偏聚流动，特别是流体中含有腐蚀液滴情况下三通混合过程。
背景技术
SHELL煤气化激冷循环气系统中的冷、热合成气混合三通及其下游直管段曾多次出现三通的下游直管段1.5m内沟壑状壁厚腐蚀减薄并致泄漏甚至撕裂的现象。孔光跃等(煤制氢激冷气装置三通磨损数值模拟[J].压力容器，2012，29(11)：34-38)认为由于三通支管内的热合成气中含有一定量的固体颗粒，会对三通内脖颈及下游管道造成低角度冲蚀，造成壁厚减薄，但磨损预测直管段壁厚减薄位置与实际有较大差异。林晖等(煤制氢激冷气装置三通腐蚀问题分析[J].中国表面工程，2012，25(02)：103-108)对腐蚀部位结垢物进行分析，发现腐蚀产物中有铁的硫化物，表明三通下游管道减薄及撕裂与H2S等腐蚀介质的作用有关，并推断这种腐蚀破坏是在有液态水存在时才会出现的。对冷、热合成气的组分进行分析发现，在工作压力与温度下，冷合成气中的部分水是液态的，而热合成气中的水则是气态且过热的。经洗涤器洗涤的冷合成气中的水是以雾沫夹带的形式进入三通主管道的，而液态水会溶解H2S、CO2等腐蚀介质。冷合成气混入热合成气后，冷合成气中的腐蚀液滴会加热并蒸发。分析表明，激冷气混合过程中会在三通1.5m下游管段偏流聚集并蒸发，导致三通脖颈及1.5m下游管段的腐蚀与减薄，并最终在存在工作应力、热应力及焊接残余应力的高应力区发生撕裂。
为此，在腐蚀液滴偏聚蒸发的区域及附近管段使用耐蚀衬里材料(如Incolnel8825)是必要的，目前工业生产中对激冷气管路采用的就是这种耐蚀衬里结构。然而由上述分析可见，腐蚀液滴的偏聚流动仅发生在三通下游局部区域，整个激冷气管路均采用耐蚀衬里是没有必要的，造成了资源的浪费和成本的提高，因此通过合理的结构设计，消除腐蚀液滴的偏聚蒸发才是更佳的选择。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种冷热流体混合三通。该混合三通通过合理的设计，能避免腐蚀液滴的偏流聚集，从而根治了三通管道下游的腐蚀开裂问题，结构简单，使用方便。
本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种冷热流体混合三通，包括三通主体和锥口导流管，所述三通主体由主管和支管垂直正交构成；所述主管包括主管入口和主管出口；所述支管包括支管入口和支管出口；其特征在于所述锥口导流管包括锥口导流管端部和锥口导流管底部，所述锥口导流管端部为圆锥壳体，锥口导流管与主管在迎流侧通过锥口导流管端部焊接在主管内部，锥口导流管端部处于主管入口与支管之间，锥口导流管底部处于支管与主管出口之间。
所述锥口导流管端部位于距离支管中心线1.5-2.5倍支管外径的位置。
所述锥口导流管的长度范围为3-5倍支管外径。
所述锥口导流管端部的锥口半锥角角度范围为45°±15°。
所述锥口导流管为抗腐蚀性材料Incolnel8825。
本实用新型与现有方法相比的有益效果是：通过合理的工艺参数设计，能避免腐蚀液滴的偏流聚集，从而根治了三通管道下游的腐蚀开裂问题，方便简易。
附图说明
图1是本实用新型一种冷热流体混合三通一种实施例的整体结构示意图；
图2是普通三通腐蚀液滴浓度云图；
图3是本实用新型一种冷热流体混合三通一种实施例的腐蚀液滴浓度云图。
具体实施实例
下面给出本实用新型的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请权利要求的保护范围。
实施例1
一种冷热流体混合三通(参见图1)，包括三通主体1和锥口导流管2，所述三通主体1由主管11和支管12垂直正交构成，混合三通尺寸为其中主管11尺寸为材质为20钢，管内介质温度为150℃，体积流量为2793.8m3/h，工作压力为3.8MPa；支管12尺寸为材质同为20钢，管内介质温度为270℃，体积流量为6128m3/h，工作压力同为3.8MPa。所述锥口导流管端部21为圆锥壳体，锥口导流管2与主管11在迎流侧通过锥口导流管端部21焊接在主管11内部，锥口导流管2在主管11的安装位置距支管12中心线500mm，锥口导流管2的尺寸为锥口导流管2长度为1m，锥口导流管端部21锥口半锥角为60°，锥口导流管2材质为Incolnel8825。冷热流体混合后通过主管11的出口112流出，出口温度为190℃，出口压力同为3.8MPa。
工作时，冷流体从主管入口111进入三通主体1，之后通过锥口导流管21进入锥口导流管2，从锥口导流管底部22流出进入三通主体1的下游；热流体从支管入口121进入，从支管出口122流出进入三通主体1，支管12中的热流体在锥口导流管2外部加热锥口导流管2内侧冷流体，冷热流体在三通主体1部位仅通过导流管换热而不混合，将混合过程向三通主体1下游延迟，从而避免腐蚀液滴的偏流聚集。冷流体在热流体的包围下向三通主体1下游流动，冷流体液滴在流动过程中吸热蒸发，避免了腐蚀液滴在三通主体1下游的管道内壁面的聚集，从而根治了三通管道下游的腐蚀开裂问题，最终混合流体通过主管出口112流出。
主管冷流体、支管热流体以及三通出口的混合流体组成见表1。
表1主管冷流体、支管热流体以及三通出口的混合流体组成(mol％)
为了确定冷流体中液态水的含量，利用软件aspen plus对混合过程进行工艺流程模拟，模拟结果显示冷流体中液态水的摩尔分数为7％，这些液态水是以雾沫夹带的形式从合成气洗涤塔进入混合三通主管的。同时从结果中还能得出，热流体及混合流体全部为气态，这说明冷流体中的液态水在混合过程中被蒸发。
经CFD数值计算，本实用新型混合三通与普通三通相比，腐蚀液滴的偏聚流动情况对比如下：
图2普通三通腐蚀液滴浓度云图；图3本实用新型混合三通腐蚀液滴浓度云图，浓度单位为kg/m3。由图2可见普通三通本体上游液滴浓度最大值为1.39×10-3kg/m3，下游狭长区域液滴浓度最高值为4.63×10-3kg/m3。从图3中可以看出本实用新型混合三通在主管入处液滴浓度最高，值为8.04×10-4kg/m3，而下游液滴浓度最高为0.80×10-4kg/m3。可见本实用新型的下游管壁无腐蚀液滴聚集，可有效避免三通混合结构的腐蚀开裂。可见本实用新型的下游管壁无腐蚀液滴聚集，可有效避免三通混合结构的腐蚀开裂。这是由于含腐蚀液滴的冷流体在导流管内流动并被外部的热流体加热，部分液滴会蒸发，但由于未受热流体混合作用的影响，冷流体不会产生偏聚流动。当冷流体从导流管流出与热流体混合时，热流体会在四周较为均匀地包围着冷流体进行混合，腐蚀液滴仅有明显的轴向运动分量，径向运动分量较小，伴随着冷、热流体的传质传热，腐蚀液滴在运动到主管管壁之前就已蒸发，不会对主管管壁形成腐蚀作用。

Claims (5)

1.一种冷热流体混合三通，包括三通主体和锥口导流管，所述三通主体由主管和支管垂直正交构成；所述主管包括主管入口和主管出口；所述支管包括支管入口和支管出口；其特征在于所述锥口导流管包括锥口导流管端部和锥口导流管底部，所述锥口导流管端部为圆锥壳体，锥口导流管与主管在迎流侧通过锥口导流管端部焊接在主管内部，锥口导流管端部处于主管入口与支管之间，锥口导流管底部处于支管与主管出口之间。
2.根据权利要求1所述的冷热流体混合三通，其特征在于所述锥口导流管端部位于距离支管中心线1.5-2.5倍支管外径的位置。
3.根据权利要求1所述的冷热流体混合三通，其特征在于所述锥口导流管的长度范围为3-5倍支管外径。
4.根据权利要求1所述的冷热流体混合三通，其特征在于所述锥口导流管端部的锥口半锥角角度范围为45±15°。
5.根据权利要求1所述的冷热流体混合三通，其特征在于所述锥口导流管为抗腐蚀性材料Incolnel8825。
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CN111006096A (zh) * 2019-12-30 2020-04-14 西安交通大学 一种抑制疲劳损伤的枝型通道结构

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