蒸汽喷射压缩器

关键词： 喷射 节流 制冷 蒸汽

蒸汽喷射压缩器（精选八篇）

蒸汽喷射压缩器 篇1

随着制冷技术应用的日益普遍化以及能源的短缺化, 人们对制冷技术的节能要求也越来越高。众所周知, 在蒸汽压缩制冷系统中, 从冷凝器出来的高压制冷剂通过节流阀后, 使得这部分压力能白白损失掉了。压缩喷射制冷循环系统以结构简单、可回收一般节流装置所引起的节流损失而逐渐受到关注。

随着国家能源供应供需矛盾的加剧, 如何针对不同的应用环境, 设计开发出相应的高效率的喷射泵, 最大限度地减小能量损失, 以节约能源和降低生产成木, 这一课题需要切实得到解决。本文基于喷射泵理论, 通过推导方程, 建立目标函数方程, 应用优化设计方法进行射流泵的设计, 以期提高液气混合型射流泵效率, 提高制冷循环的综合性能。

2. 优化措施分析

在普通蒸汽压缩式制冷系统中, 通过引入射流泵取代节流阀而构成的压缩喷射式制冷系统, 以其结构简单、运行可靠、可回收部分节流阀造成的截流能量损失而受到人们的关注。本论文概述了压缩喷射式制冷系统, 对循环装置的主要部件——液气-气射流泵的性能及优化设计进行了研究, 得出如下结论:

(1) 采用压缩/喷射混合循环可以回收制冷系统由于节流而引起的节流损失, 从而可以提高制冷循环的制冷系数, 压缩/喷射混合循环的喷射系数和从蒸发器来的制冷剂的压缩比不是随意确定的变量, 而是对一定制冷工况是确定的。

(2) 在喷嘴中, 制冷剂两相区声速随着制冷剂干度的增加而增大;在等熵膨胀的情况下, 与气体的声速随着压力的降低而减小不同, 制冷剂的声速随着压力的降低而增大。压缩/喷射混合制冷循环的喷射器喷嘴一般为渐缩渐扩型喷嘴, 喷嘴的临界截面直径和出口截面直径的设计与制冷工况有关, 随着冷凝温度的增加, 喷嘴的临界截面直径稍有减小, 出口截面直径增加较多;随着蒸发温度的增加, 喷嘴的临界截面直径和出口截面直径均减小, 但喷嘴的临界截面直径变化很小。

(3) 在计算喷射系数的情况下, 当自由流束的终截面与混合室的入口截面相等时, 此时就是喷嘴距离混合室的最适宜的距离。它主要取决于参数lc1 (自由流束的长度) 以及参数d4 (在离喷嘴出口截面的距离为lc1处的自由流束的直径) 。在d3<d4的情况下, 工作喷嘴的出口截面离圆柱形混合室入口截面的距离应该为混合室入口长度与自由流束长度之和。在混合室的直径d3>d4的情况下, 喷嘴出口截面离圆柱形混合室的入口截面的最适宜的距离应该取lc=lc1, 而且在这种情况下, 取lc稍稍小于lc1不会严重地影响喷射泵的工作, 只相当于缩短了混合室的工作长度, 因为自由流束长度是不变的。但如果将喷嘴移离混合室, 即把喷嘴装在lc>lc1的地方, 喷射泵的工作性能将严重恶化。将它移离混合室会导致增加自由流束的长度, 这样就会增加自由流束的终截面面积, 因为自由流束甚至内切于混合室的入口段, 而入口段的直径大于圆柱形混合室的直径。在这种情况下, 自由流束带入到混合室中的气体比喷射泵压缩器能通过的要多, 因此一部分气体应该从混合室倒流到接受室去, 在混合室入口段将产生倒流和与倒流相联系的喷射泵内的附加损失。

(4) 引射流体的工作条件一定时, 要满足某极限喷射系数的要求, 工作压力越大, 喷射器出口压力就越大。随着工作压力升高到一定值以上时, 再增加工作压力, 出口压力增加不多。在工作流体压力和引射流体压力不变时, 喷射器出口压力越高, 极限喷射系数就越小。

3. 展望

随着我国经济模式由粗犷型向集约型的转变, 节能已经成为一个全民话题。鉴于压缩喷射制冷循环系统的优点, 在今后必定会得到较大的发展空间。射流泵是压缩喷射制冷循环系统的关键部件, 其喷射效率对整个系统的性能影响很大。所以, 对压缩喷射制冷循环性能研究的重点仍将放在射流泵的进一步优化设计上。在本文的研究工作基础上, 今后可以开展进一步的研究工作:

(1) 研制和采用先进的测试设备, 深入研究喷射器内部各种流动参数 (压力、温度、速度、流场) 的变化规律, 建立完善与合理的物理数学模型, 特别是对两相流喷射器提出更合理的设计方法。

(2) 研究射流泵内部各种流动参数 (压力、流速和浓度等) 的变化规律, 建立更加完善合理的物理数学模型, 提出更合理的设计方法。

(3) 研究射流泵的结构参数匹配, 进一步提高泵效率, 使喷射泵系统工作性能达到最优。提高射流泵及喷射器产品的质量, 改进加工工艺, 逐步实现产品的系列化和标准化, 以加速它的推广应用。

摘要：本文基于射流泵基本理论, 打破传统设计方法, 采用优化设计理念, 着重对压缩喷射式制冷系统中的主要部件——射流泵进行了分析研究.通过射流泵的对比理论分析表明, 采用射流泵的优化设计可以使制冷系统能耗减少量可达10%以上。表明对喷射泵进行优化设计, 可以提高泵的工作效率, 降低循环装置能量消耗量。这不仅为今后液气-气射流泵的设计、生产提供了理论指导, 而且会带来较好的社会效益和经济效益。

关键词：射流泵,优化设计,喷射系数,横截面,轴向尺寸

参考文献

[1]张林.蒸汽压缩制冷循环中喷射节流装置的理论研究.上海海事大学.2007年硕士毕业论文

[2]李龙华, 洪超.提高射流泵效率的研究.水利水电技术.1998年03期

刍议蒸汽压缩式制冷技术 篇2

关键词：制冷;蒸汽压缩式制冷压;逆卡诺循环

引言

随着技术现代化的发展以及人民生活水平的不断提高，制冷技术已经几乎渗透到各个生产技术、科学研究领域，并在改善人类的生活质量方面发挥着巨大作用。可以说，现代技术进步离开了制冷技术发展是不可想象的。

一、压缩式制冷技术

压缩式冷循环是目前技术最成熟，应用最广泛的传统技术。理论上，最简单的压缩式制冷循环系统由：蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四大部件组成，从蒸发器出来的氨的低温低压蒸气被吸入压缩机内，压缩成高压高温的过热蒸气，然后进入冷凝器。由于高压高温过热氨气的温度高于其环境介质的温度，且其压力使氨气能在常温下冷凝成液体状态，因而排至冷凝器时，经冷却、冷凝成高压常温的氨液。高压常温的氨液通过膨胀阀时，因节流而降压，在压力降低的同时，氨液因沸腾蒸发吸热使其本身的温度也相应下降，从而变成了低压低温的氨液。把这种低压低温的氨液引入蒸发器吸热蒸发，即可使其周围空气及物料的温度下降而达到制冷的目的。从蒸发器出来的低压低温氨气重新进入压缩机，从而完成一个制冷循环。然后重复上述过程。

二、蒸汽压缩式制冷技术

蒸汽压缩式制冷系统由压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器组成，用管道将其连成一个封闭的系统。如下图

工质在蒸发器内与被冷却对象发生热量交换，吸收被冷却对象的热量并汽化，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后以高压排出。压缩过程需要消耗能量。压缩机排出的高温高压气态工质在冷凝器被常温冷却介质（水或空气）冷却，凝结成高压液体。高压液体经膨胀阀时节流，变成低压，低温湿蒸汽，进入蒸发器，其中的低压液体在蒸发器中再次汽化制冷，如此周而复始。

据所用制冷剂的热力性质，创造一定的压力条件，就可以在一定范围内获得所要求的低温。要实现制冷循环必须要有一定的设备，而且要以消耗能量作为补偿。蒸汽压缩式制冷循环就是用压缩机等设备，以消耗机械功作为补偿，对制冷剂的状态进行循环变化，从而使用冷场合获得连续和稳定的冷量及低温。在制冷循环中，制冷剂经历了汽化、压缩、冷凝、节流膨胀等状态变化过程。为了分析，比较和计算制冷循环的性能，必須知道制冷剂的状态参数变化规律。

三、逆卡诺循环分析

逆卡诺循环是使工质（制冷剂）在吸收低温热源的热量后通过制冷装置，并以外功作补偿，然后流向高温热源。逆向循环是一种消耗功的循环，制冷循环就是按逆向循环进行的，在温—熵或压—焓图上，循环的各个过程都是依次按逆时针方向变化的。逆卡诺循环示意图如下：

1、实现逆卡诺循环必须具备的条件：

（1）高、低温热源温度恒定;

（2）工质在冷凝器和蒸发器中与外界热源之间无传热温差;

（3）工质流经各个设备时无内部不可逆损失;

（4）作为实现逆卡诺循环的必要设备是压缩机、冷凝器、膨胀机和蒸发器。

逆卡诺循环是可逆的理想制冷循环，它不考虑工质在流动和状态变化过程中的内部和外部不可逆损失。虽然逆卡诺循环无法实现，但是通过该循环的分析所得出的结论对实际制冷 循环具有重要的指导意义。

2、制冷系数ε

制冷循环常用制冷系数 ε 表示它的循环经济性能，制冷系数等于单位耗功量所制得的冷量。

ε=q/∑W

q：1kg 制冷剂在T₀温度下从被冷却物体吸收热量q（kJ/kg）

W：循环1 kg的工质消耗功

对于逆卡诺循环而言：

ε_C=T₀/（T_k- T₀）

T₀：蒸发温度;T_k：冷凝温度

从公式可知，逆卡诺循环的制冷系数仅与高、低温热源温度有关，而与制冷剂的热物理性能无关。由于逆卡诺循环不考虑各种损失，而且压缩机利用了膨胀机对外输出的功，因此，在恒定的高、低温热源区间，逆卡诺循环的制冷系数最大，在该温度区间进行的其它各种制冷循 环的制冷系数均小于逆卡诺循环制冷系数。所以，逆卡诺循环制冷系数可用来评价其它制冷循环的热力完善度。

四、理论循环及热力计算

1、理论制冷循环不同于逆卡诺循环之处是：

（1）制冷剂在冷凝器和蒸发器中按等压过程循环，而且具有传热温差;

（2）制冷剂用膨胀阀绝热节流，而不是用膨胀机绝热膨胀;

（3）压缩机吸入饱和蒸汽而不是湿蒸汽。

用膨胀阀代替膨胀机后的节流损失：不但增加了制冷循环的耗功量，还损失了制冷量。这两部分损失必然使制冷系数和热力完善度有所下降。

2、用干压缩代替湿压缩后的过热损失包括：

（1）用膨胀阀代替膨胀机后的节流损失导致后果：膨胀阀的节流是不可逆过程，节流前、后焓值不变;制冷剂干度增加，液体含量减少，制冷量减少，消耗功上升，制冷系数下降，其降低的程度称为节流损失。节流损失的大小与下列因素有关：与冷凝温度和蒸发温度差有关，节流损失随其增加而增大;与制冷剂的物性有关，一般节流损失大的制冷剂，过热损失就小;与冷凝压力有关，冷凝压力P_k越接近临界压力P_kr节流损失越大。

（2）用干压缩代替湿压缩后的饱和损失

在制冷压缩机的实际运行中，若吸入湿蒸汽，会引起液击，并占有气缸容积，使吸气量减少，制冷量下降。过多的液体进入压缩机气缸后，很

难全部汽化，这时，既破坏了压缩机的润滑，又会造成液击，使压缩机遭到破坏。因此，蒸汽压缩式制冷装置在实际运行中严禁发生湿压缩，要求进入压缩机的制冷剂为干饱和蒸汽或过热蒸汽，干压缩式制冷机正常工作的一个重要标注。另外，可在蒸发器出口增设一个液体分离器。分离器上部的干饱和蒸汽被压缩机吸走，保证干压缩，进入压缩机的制冷剂状态点位于饱和蒸汽线上。制冷剂的绝热压缩过程在过热蒸汽区进行。因此，制冷剂在冷凝器中并非定温过程，而是定压过程。

3、热力计算

热力计算制冷剂在蒸发器中的单位质量制冷量：q₀= h₁-h₄[kJ/kg]

压缩机的单位质量绝热压缩耗功量：W=h₂- h₁[kJ/kg]

制冷剂单位容积制冷量：Qv=q₀/V[kJ/m³]

理论制冷系数：ε= q₀/W

参考文献：

[1]刘锡林;董赫伦;李克斌.基于蒸气压缩式制冷循环的分析[J].河南科技，2014-07-25

蒸汽喷射泵系统优化设计 篇3

蒸汽喷射泵顾名思义是一种以蒸汽为动力源的机械设备, 作为一种能源, 蒸汽应用范围十分广泛, 涉及的产业也十分多, 在电力、纺织、印刷、化工、冶金等诸多行业中, 无论是重工业生产还是民用生产都有着不同的贡献与作用。当前我国蒸汽系统热能源的使用率仍旧低于国际平均水平, 举例来讲, 我国工业蒸汽锅炉约52×104台, 总装机容量约为125×104MW, 而使用效率与国际水平相差50%。造成这种现象的主要原因在于, 我国蒸汽管网中疏水阀的蒸汽泄露比较严重, 年漏气总量达2.8×1088t, 约等于4200×104t标准煤。在生产过程中产生的额外能源也未能有效的回收利用, 造成了资源浪费。实际工作中产生的大量凝结水并未得到有效的利用, 而是直接通过生产加工流程直接排放。而大量的闪蒸汽也与凝结水相似未回收利用, 长此以往, 这些可利用资源便产生了隐形资源的严重浪费。

我国在工业发展之初把蒸汽喷射技术引入国内, 由于其具备良好的性能, 所以逐渐获得了国内多个行业的认可, 尤其在对于蒸汽喷射技术的需求仍旧没有减少, 反而对技术推进有着更高的呼声, 也是近年来我国工业生产中众多行业所青睐的热门技术之一。蒸汽喷射泵是射流技术在传热领域的应用, 近年来开始被用于工程建筑中。

2蒸汽喷射泵的工作原理

蒸汽喷射泵的设备结构主要由喷嘴、吸入段、混合段、扩压段等组成。蒸汽喷射泵的基本构造简单, 但在工作中有着不可忽视的工作效率。蒸汽喷射泵的基本工作原理是基于发拉尔喷管理论构建的一个运动系统, 吸引大量的高压蒸汽, 在泵体内高速流动, 并挤压到喷嘴, 并在喷嘴中形成绝热膨胀, 挤压出的蒸汽形成超声波, 并降低周围的压力, 在吸入段形成负压, 并抽引闪蒸汽。高压蒸汽与闪蒸汽在混合段充分混合均匀后, 经扩压段喉管达到一定压力后, 进入扩压段, 在扩压段出口处得到生产所需的工作蒸汽。

3蒸汽喷射泵系统优化设计

3.1基本系统设计

通过概述的蒸汽喷射泵的基本工作原理来看, 要想建立一个完整的蒸汽喷射系统, 不仅需要配备多台大、中、小型设备, 系统调配也要趋于合理, 也就说这是一项复杂繁琐的工程。当然蒸汽喷射系统所产生的工作成果还是获得了市场的认可的, 随着企业及民用对蒸汽喷射泵的需求不断增加, 提升蒸汽喷射泵的工作效率就有着非常重要的实际意义。不仅要提升蒸汽喷射泵的工作效能, 对资源回收利用也要进行相关的设计优化以便将资源浪费控制在最低限度。

高温产生的凝结水通过疏水阀门流入闪蒸罐进行闪蒸, 由闪蒸罐处理的闪蒸汽通过抽引进入闪蒸汽喷射泵, 并与泵内的高压蒸汽进行混合蒸汽生产, 释放出的蒸汽便是工作中所需要的工作蒸汽。在工作蒸汽加工中闪蒸罐残留的凝结水由闪蒸罐的下部管道排出, 并流入到锅炉房的软水箱作为回收资源。

从以上的分析来看, 在实际工作中, 当前蒸汽喷射泵系统建设的各个环节的处理已经非常恰当, 但是对部分工作关键点仍需要进行再次的调整。蒸汽喷射泵系统在自动化控制方面仍旧需要升级硬件设备, 在未配备自动控制装备的情况下如果用气设备负荷产生了变化, 将无法测量蒸汽喷射泵出口蒸汽压力的变化;如果配有自动调节装置, 就可自动调节进入蒸汽喷射泵的高压蒸汽流量, 保持蒸汽喷射泵出口蒸汽压力的稳定。用气设备负荷改变时, 需要手动调节, 降低高压蒸汽的流量, 以便于稳定工作蒸汽压力。

由于带有高温的凝结水会产生一定的气化风险, 因此需要配置防汽蚀泵, 来预防工作风险。但是对于高压工作的用气设备来讲, 安装设备已经不能满足其风险防范的需求, 需要手动将高压蒸汽进行减压, 以避免风险的发生, 但是这样会造成工作蒸汽的大量流失, 而排除的工作蒸汽并没有得到合理的处理以及再利用。

3.2系统优化方案

蒸汽喷射系统的设计存在诸多的问题, 虽然能保证正常的工作运转, 但是工作效率、安全管理以及资源再利用都存在不足。诸如气化温度的控制、气化风险以及用气压力的控制等, 这些问题是可以预防及避免的, 基于以上基础系统设计进一步的系统优化方案, 优化系统由一级蒸汽喷射泵、二级蒸汽喷射泵、节流孔板、闪蒸罐、换热水箱、液位控制器、凝结水泵等组成。如图1所示。

通过以上的内容, 对蒸汽喷射泵进行系统优化, 保障工作正常运转的情况下, 对生产工作的安全以及资源的再回收利用也做出相应的安排。首先在优化方案中将一、二级蒸汽喷射泵分别设定为用气设备1、2制备压力为P3、P4的工作蒸汽, 用汽设备出口的高温凝结水经节流孔板后分别进入闪蒸罐, 在闪蒸罐内汽化生成闪蒸汽, 未汽化的凝结水降温。闪蒸汽的压力为P2, 被一级蒸汽喷射泵抽引, 与高压蒸汽混合后形成压力为P3的工作蒸汽, 其中一部分进入用气设备2, 一部分被二级蒸汽喷射泵抽引, 提升压力为P4的工作蒸汽, 进入了用气设备2。

本次的优化方案主要是增加了二级蒸汽喷射装置, 在提升了工作压力的情况下, 实现了生产安全以及资源回收利用的生产思路。提出的自动控制也是为了避免人力工作容易产生的疏漏, 在正常工作中如设备发生了任何变化, 自动控制器将会根据信号进行自动调节, 并保证蒸汽喷射泵生产工作的稳定进行。

4结束语

此次的蒸汽喷射泵系统优化方案中, 通过基本系统与优化系统的比较, 提升了蒸汽喷射泵的整体性能以及避免部分安全隐患。其主要改进有增加了二级蒸汽喷射泵, 满足不同压力等级的用气设备的需求, 凝结术在此次的设计方案中也获得了有效的利用。自动控制功能更加完善, 实现了生活供水与闪蒸汽回收的协调控制, 在用气设备的蒸汽供应与生活水供应获得保障的同时, 最大限度地对闪蒸汽以及凝结术进行了回收利用。

摘要：文章对蒸汽喷射泵的基本工作原理进行了概述并分析了蒸汽喷射泵的工作原理, 总结出蒸汽喷射泵的不足之处, 并在此基础上进一步对蒸汽喷射泵进行了系统优化设计, 以便提升蒸汽喷射泵的性能。

关键词：蒸汽喷射泵,凝结水,闪蒸汽,余热利用

参考文献

[1]衣立波.蒸汽管网现状分析及发展前景[J].价值工程, 2010 (9) :254.

[2]孟磊, 徐东, 齐涛.蒸汽凝结水回收工艺中二次蒸汽的利用[J].吐哈油气, 2011 (3) :283-287.

[3]高阳.蒸汽喷射泵的原理与应用[J].煤气与热力, 2003, 23 (8) :54-55.

[4]高阳, 王晟.蒸汽喷射泵、喷射式混合加热器的应用[J].煤气与热力, 2012, 32 (8) :A10-A13.

蒸汽喷射器的噪声控制方法研究 篇4

蒸汽喷射器(以下简称喷射器)是利用高压流体(称工作流体)抽吸低压流体(称引射流体)以提高引射流体压力的设备,因其结构简单可靠、运转费用低廉而得到广泛的应用,如真空系统、制冷循环、化工、火箭和喷气飞机的推进系统乃至核电厂的核心冷却系统等。在乳品行业,利用湿热蒸汽对鲜奶进行真空浓缩过程中,蒸汽喷射器主要被用来提高低品位热能(二次蒸汽)的品位(压力),使其达到能够利用的等级。但是由于蒸汽喷射器结构设计不合理,虽然采取隔声、吸声等降噪措施,车间及场界噪声仍严重超标。通过对某厂乳品浓缩车间现场的噪声测试,噪声声压级高达108dB),远远超出了工业企业厂区生产车间及作业场所噪声标准(工人每天连续接触噪声8h,噪声限值90dB)。据调查,在其它乳品厂均存在不同程度的噪声超标情况。本文从噪声源入手,通过对喷射器结构形式和结构参数改进来降低其发射噪声,实现喷射器的低耗能、低噪声。

1 噪声现场测试及分析

依据GB/T17248.3-1999(ISO//202;1995)声学机器和设备发射的噪声工作位置和其它指定位置发射声压级的测量现场简易法,采用BK2231声级计对蒸汽喷射器进行测试,选取5个测点,测试结果如表1所示。

dB

从结果可以看出该噪声的特点是声级高、频带宽,主要噪声集中在中高频,而且在人耳最敏感的区域1k～5kHz附近达到极值,其主要是由蒸汽喷射器产生的喷注噪声。远远超出了工业企业厂区生产车间及作业场所噪声标准(工人每天连续接触噪声8h,噪声限值90dB)。

2 噪声源分析

由热压泵的工作原理可知,在热压泵喷嘴出口处工作气流的速度达到超音速,高速气流内部静压低于周围静止气体的压强,从而在高速气流周围产生强烈的引射现象。沿气流喷射方向一定的距离内大量的气体被卷吸进去,从而喷射气流的体积越来越大,流速逐渐降低,压力不断升高。但是在热压泵喷嘴附近,仍保留着一股高速气流,其速度仍保持喷嘴出口处气流速度,这股高速气流与被卷吸进来的引射流体发生剧烈的混合,这是一股湍化程度极高的定向气流,在这段区域内由高速气流的核心到混合边界的速度梯度大,气流之间存在着复杂多变的应力,涡流强度高,气流内各处的压强和流速迅速变化,产生了很强的四极子声源[1],从而辐射很强的噪声—喷注噪声。

3 喷射器改进及流场分析

通过以上对噪声特点和噪声源的分析拟定如下降噪方案:一方面通过改变喷嘴结构形式和调整结构参数来改变流场结构从而降低噪声源;另一方面将噪声极值的频率移出人耳敏感频带。针对以上两点,方案确定为喷嘴采用多喷嘴,喷嘴结构参数计算采用气体动力函数法[2],用等量多喷嘴代替单喷嘴。在给定蒸汽的热力学参数条件下,求得喷嘴喉管直径为28mm,用当量直径为1mm的8个小喷嘴代替单一喷嘴,由极值频率计算式fp=β[1](其中,β为斯托拉哈尔数,取0.2;ν为喷嘴出口处的射流速度,取500m/s;d为喷嘴直径),可算得极值频率由3.75kHz移至10kHz,移出了人耳敏感区域。

运用FLUENT-CFD对改进前后的喷射器的流场进行模拟,采用标准k为ζ模型和SIMPLER算法,并使用标准k为ζ二方程湍流模型闭合时均雷诺方程,近壁面处则采用壁面函数修正。收敛准则为:各变量(速度、压力、湍流动能等)的残差达到10-6,并且引射流体的质量流量基本保持不变,总的质量不平衡率小于总的质量流量的0.3%。为了便于显示只选取实际网格数20%,边界条件采用进出口压力边界条件,给定滞止压力、滞止温度及适当的湍流条件;混合流体出口采用压力出口边界,给定静压及适当的回流条件;固体壁面采用无滑移、无渗流、绝热边界。图1和图2分别为改进前后喷嘴出口处的速度云图。从图1和图2上可以看出改进后的喷射器出口中心速度降低约30%(引射系数不变),噪声的声功率与喷射速度5次方成正比[5],噪声降低19%,理论上可以降低噪声21dB。

图3给出了改进前、后相同操作参数情况下轴线上垂直于轴线方向的速度分布。从图3中可以看出:8喷嘴结构与单喷嘴结构在接收室(从333mm到554mm)沿轴线垂直于轴向的速度最大值8喷嘴结构仅为单喷嘴结构的10%。从噪声源的角度来看,在稳态跨音速的喷射气流中,流体的波动方程[1]。其中,因生源项中所包含的垂直于轴向速度梯度的降低,使得噪声源减小,从而发射较低的噪声。

4 工程应用

改进后蒸汽喷射器在某厂投入使用后,经现场噪声测试(测试方法、测点位置不变)测定的正常生产时结果如表2和表3所示。

从对比结果来看总噪声量已经达到14dB的降噪效果。在噪声极值频移方面不太理想,笔者认为是由于考虑到工艺要求,各小喷嘴之间的距离不够大,使得各个小孔喷注在出口处再次聚合,又将高频噪声推至低频。

5 结论

改进后的喷射器在引射系数不变的情况下降低了喷嘴出口处速度以及轴线上的速度梯度从而降低出口处的喷注噪声。但是在噪声极值频移方面不太理想,笔者认为是由于考虑到工艺要求,各小喷嘴之间的距离不够大,需要作进一步的研究,但总体噪声还是比较明显。因此,从降低噪声源噪声入手,合理地设计喷射器的结构形式及结构参数对于降低喷射器噪声水平、提高喷射器的效率具有一定的学术意义和工程价值。

参考文献

[1]马大猷.噪声与振动控制工程手册[K].北京:机械工业出版社,2002:90-93,775-780.

[2][苏]E.Я.索科洛夫,H.M.津格尔著.喷射器[M].黄秋云,译.北京:科学出版社,1977.

[3]H.K.Versteeg,W.Malalasekera,An introduce-tion to Computational Fluid Dynamics:The Fin-ite Volume Method[M].New York:Wiley,1995.

蒸汽喷射压缩器 篇5

1 关于蒸汽压缩式喷射器

1.1 原理

蒸汽压缩式喷射器(图1)的操作原理是以高压驱动蒸汽的压力能在喷管中等熵膨胀,当高压驱动蒸汽通过喷嘴后达到极高的速度(超音速),蒸汽压力降低到被引射的闪蒸气压力以下,将被引射蒸汽抽吸到混合段进行充分混合,在混合段出口截面建立起均匀的速度场和能量场,混合蒸汽进入扩压管后,随着流通截面积的逐步增大,蒸汽流速逐步降低,蒸汽动能逐步转化为势能,压力得以恢复,到达截面4时,压力完全恢复。

1.高压喷管2.进口截面3.混合段4.扩压管

一般情况下,喷管效率η12′约为95%,混合效率η23′约为90%、压缩效率η34′约为90%。

在蒸汽压缩式喷射器使用前,应评估其混合蒸汽是否可以满足工艺需要。一般情况下,工厂蒸汽的压力温度参数是固定的,闪蒸气的产生量、温度、压力参数也是固定的,在生产稳定的条件下,加热点所需要的总热量也是一个定值,上述参数确定后,可以肯定其出口蒸汽存在一个且只有一个状态点,如出口蒸汽的压力、温度参数均大于工艺需要,可以确定蒸汽压缩式喷射器可以满足使用要求,否则不能使用。

1.3 计算过程

根据热力学第一定律,可逆条件下高压喷管进出口之间的动能差等于其焓值差,但由于存在不可逆因素,不是全部的焓值差都变为动能的增加,有一部分动能摩擦后重新变为热的形式,系统熵增加,即:

式中:η12′-喷管效率;

H1′、H1′-高压驱动蒸汽喷管内进、出口焓值;

下标s-可逆绝热过程,即等熵过程下的焓值变化。

在喷射器混合段,被引射蒸汽的压力约等于进口压力,两种蒸汽气体相互混合,必然会产生机械能损失,从而耗费驱动蒸汽的动能,因此:

式中:η23′-混合效率。

在截面3处的混合流体中,膨胀后高压驱动蒸汽的真正焓值为:

总质量为(G′+G″)的混合蒸汽进入扩压管,在扩压管内动能变为压力能,其效率为:

式中:η34′-压缩效率;

H3、H4-可逆绝热过程下混合蒸汽在3、4截面的焓值;

H4*-混合蒸汽在截面4的真正焓值;

下标s-可逆绝热过程,即等熵过程下的焓值变化。

在截面3-4间列流体稳定流动能量方程:

式中:u3、u4-混合蒸汽在截面3、4处的速度。

因在出口4截面,混合蒸汽速度较小,项可以忽略,被引射蒸汽的动能项相对较小,也可以忽略,整理式(6),得:

即在扩压管中混合流体的焓值增加等于驱动流体在喷管和混合管内焓值的损失。

最后,忽略流体进出口动能,驱动蒸汽焓值与被引射蒸汽焓值之和等于混合蒸汽的焓值,即:

式中:H1″-被引射蒸汽在进口截面上的焓值。

按照上述公式,配合水蒸汽焓熵图,可以得出混合蒸汽的状态点。

2 在淀粉制糖液化工艺中的应用

2.1 工艺描述

在淀粉制糖液化阶段,按照高温淀粉酶的要求,蒸煮温度为105~106℃,维持5~8min后,要求在95℃条件下维持90~120min,结果如图2所示。

2.2 应用实例计算

从水蒸汽焓熵图中查出驱动蒸汽和被引射蒸汽(闪蒸气)的参数,根据式(8),可得混合蒸汽出口的真正焓值为2803.2(H4*)。

根据水蒸汽焓熵图,驱动蒸汽(1MPa,210℃)等熵膨胀至被引射蒸汽压力(0.085MPa)下的焓值H2′s为2428(kJ·kg-1),根据式(3),可得过程中总的机械能损失(2-η12′-η23′)(H1′-H2′)s为63.6 kJ·kg-1,根据式4,可得截面3处驱动蒸汽真正的焓值(H3′)为2491.6 kJ·kg-1,驱动蒸汽可用于压缩的机械能为(H1′-H3′)360.4 kJ·kg-1,根据式(7),可得混合气体在截面3的焓值(H3)为2538.59 kJ·kg-1,根据式(5),可得在可逆绝热条件下截面4的焓值H4为2776.74 kJ·kg-1,(H4-H3)s为238.15 kJ·kg-1,因混合蒸汽在截面3处压力与被引射蒸汽的压力接近,在水蒸汽焓熵图上找到压力为0.085MPa,焓值为2538.59(2-η12′-η23′)(H1′-H2′)s为63.6 kJ·kg-1,根据式4,可得截面3处驱动蒸汽真正的焓值(H3′)为2491.6 kJ·kg-1,驱动蒸汽可用于压缩的机械能为(H1′-H3′)360.4 kJ·kg-1,根据式7,可得混合气体在截面3的焓值(H3)为2538.59 kJ·kg-1,根据式(5),可得在可逆绝热条件下截面4的焓值H4为2776.74 kJ·kg-1,(H4-H3)s为238.15 kJ·kg-1,因混合蒸汽在截面3处压力与被引射蒸汽的压力接近,在水蒸汽焓熵图上找到压力为0.085MPa,焓值为2538.59 kJ·kg-1的点,在等熵线上焓值增加238.15kJ·kg-1,读出其压力为0.35MPa,最后在图上以0.35MPa为等压线,找到焓值为2803.2 kJ·kg-1的点即为混合蒸汽的状态点,可得压力为0.35MPa,温度为170℃的点,在等熵线上焓值增加238.15kJ·kg-1,读出其压力为0.35MPa,最后在图上以0.35MPa为等压线,找到焓值为2803.2 kJ·kg-1的点即为混合蒸汽的状态点,可得压力为0.35MPa,温度为170℃。

3 结果与讨论

因满足水热器加热蒸汽的参数要求,上述方案可行。

在其他有关二次蒸汽的应用中,完全可以按照上述的计算过程计算出混合蒸汽的最终状态,从而判断蒸汽压缩式喷射器是否可用。

蒸汽压缩式喷射器结构简单,维护方便,同时,一级喷射器提供的抽吸真空可以将蒸汽冷凝后的饱和水闪蒸到较低的温度,是实现热能回用的良好方案。但从上例也可以看出,高压引射蒸汽状态参数直接影响到混合蒸汽的出口压力,对于不能提供高压驱动蒸汽、而需要的加热蒸汽压力又比较高的企业来说,蒸汽压缩式喷射器可能并不适用。

参考文献

[1]刘学来,宋永军,金洪文.热工学理论基础[M].北京:中国电力出版社,2008.

蒸汽喷射压缩器 篇6

长期以来燕山石化公司固体废物处置中心对含油废白土的处置采用机械挤压的方法。该方法是采用大连石化工程公司开发研制成功的石灰挤压法,在废白土与水的搅拌中添加石灰,石灰与水作用生成的极性基团把废白土吸附的润滑油替代出来,再进行挤压,使油料与废白土得到分离。然而由于废白土的产生装置改进了生产工艺,使得废白土的粘稠度大大提高,很难挤压,导致油回收率持续下降。因此,为了更好的处置含油废白土,燕山石化公司固体废物处置中心与北京航天技术研究所积极合作,采用过热蒸汽喷射技术处置废白土,取得了良好的效果

1 白土及过热蒸汽喷射技术的介绍

1.1 白土的基本性质

白土是一种具有多孔结构、比表面积较大的物质。活性白土的成分主要为SiO2和Al2O3,其余为Fe2O3、MgO、CaO等,它是将天然白土经预热、粉碎、硫酸活化、水洗、干燥、磨细而制得的呈白色或米色粉末状物,其主要性能指标为颗粒度、脱色率、水分和活性度。作为优良的天然吸附剂,在世界各国化工生产以及食品深加工中都得到广泛的运用。然而使用过的废白土,已经失去其活性,无法简单的进行重复使用,多年的生产经验表明,废白土中仍含有约30%之多的油脂类物质。国内外对于这种白土的处置方法一般采用填埋和机械挤压,这不仅浪费能源而且破坏环境,同时各国也在开发不同的处理方法,其中水剂法对油类的回收率较低,经济效益差;而溶剂抽提法回收率虽然可以达到96%,但此工艺设备复杂,易产生二次污染,且有防爆防潮的要求,不符合石化企业生产的要求。

1.2 过热蒸汽喷射技术原理介绍

过热蒸汽喷射处理含油污泥技术主要工作原理是通过锅炉产生的超高温蒸汽(温度为500～600 ℃),经特制的航天专利喷嘴以2马赫速度喷出,与油泥颗粒正面碰撞,在高温作用及高速产生的冲量作用下,将油泥中所吸附或包含的油分和水分蒸出,如图1所示。

该设备的先进之处就在于提高了与油泥颗粒相接触的高温蒸汽的动能,高温蒸汽以超音速从特制喷嘴中喷出,与油泥颗粒碰撞时,蒸汽蕴含的巨大动能大大提高了石油类和水分从颗粒内部渗出的速度,快速打破了含油污泥中油包水、水包油的物质形态,使油分和水分与颗粒物质瞬时分开。

2 过热蒸汽喷射技术处置含油废白土的应用

2.1 工艺流程介绍

燕山石化公司固体废物处置中心与北京航天技术研究所积极合作,采用过热蒸汽喷射技术处置含油废白土,其基本工艺流程为:离心脱水后的废白土加入进料斗后,在螺旋送料器作用下进入处理室,在高温高速蒸汽喷射下被粉碎,同时油分和水分被蒸发出来,被粉碎的细小颗粒连同蒸汽一起进入旋风分离器,在旋分作用下实现蒸汽与固体颗粒的分离,固体颗粒直接进入回收槽,蒸汽进入油水分离槽,经冷却后实现油水分离。分离后的油可作为高品质成品油直接使用,污水满足国家有关规定,经简单处理可直接排放。工艺流程如图2所示:

2.2 系统组成及设备参数

过热蒸汽喷射技术处置含油废白土设备主要包括以下六个子系统:

(1) 含油废白土输送系统:按照工况参数要求,供应处理设备所需的含油废白土。装机功率:24 kW。

(2) 过热蒸汽生成系统:提供处理设备所需的热量,是系统处理能力的体现。蒸汽消耗量:500 kg/h。

(3) 污泥处理系统:该分系统是处理设备最关键的部件,在这里含油废白土和过热蒸汽进行了充分的碰撞、接触,实现了油和水分与泥砂的分离。设备处置能力:200～350 kg/h。

(4) 油水分离系统:分离后的油蒸气和水蒸气在该系统进行冷却分离,从而提取油份。

(5) 控制系统:采用计算机控制技术,可自动监测生产过程的各种工艺参数,实现生产过程的自动化。

(6) 循环冷却及安全保护系统:该系统提供各分系统所需要的冷却水和保护气体。

2.3 白土含油率的测定方法

采用有机浸取法[2]对白土的含油率进行测定。浸取指的是应用有机或无机溶剂将固体原料中的可溶性组分溶解,使其进入液相,随后将不溶性固体与溶液分离开来的操作。包括:原料与浸取剂的充分混合及良好的液固相接触;浸取液与残渣分离;溶质与溶剂的分离及溶剂的回收处理三步骤[3]。

含油率测定时,称取一定量经粉碎、筛分、干燥的废白土,分别加入有机溶剂(乙醚、环己烷、石油醚、丙酮),充分反复浸取回流2 h,离心静置,蒸馏得到油,计算含油率。

2.4 测定仪器及试剂

仪器:浸取装置,蒸馏装置,分水装置,天平等。如天平:最小分度值为0.1 mg;称量瓶:Φ(40×70)mm;定量快速滤纸:Φ11 mm;锥形瓶:250 mL;玻璃三角漏斗:Φ15 mm;恒温干燥箱:温度恒定在105～110 ℃。

试剂:乙醚,环己烷,丙酮,石油醚,二甲苯(均为分析纯)等。

3 应用效果

在相同的处理量下,比较机械挤压法与过热蒸汽喷射(SOSS)法的处理效果,以平均油回收率变化为衡量标准。

由图3可知,采用SOSS方法处置废白土的油回收效果明显优于机械挤压法,同等条件下,油回收率可以提高约2倍。

4 经济效益分析

以处置一吨废白土为单位,原料废白土平均含油率为20%,处理过后废白土平均含油率为5%,则脱油率为15%,则每吨废白土经过脱油后得到的润滑油的质量为

1 000(kg)×15%=150(kg)

以回收每吨润滑油的价格为3 500(元/t)计,可得回收价值为

150(kg)×3.5(元/kg)=525(元)

SOSS法的运行费用如表1所示。

综上所述,用SOSS法处置每吨含油废白土可产生直接经济效益525-231.16=293.84元,而采用机械挤压法产生的直接经济效益约为89元,SOSS法的优越性尤为明显。按照固废中心每年废白土处理量2 000 t计算,则每年约产生直接经济效益58.77万元,比采用机械挤压法多出约41万元。

元

5 结论及建议

(1)采用过热蒸汽喷射技术处置含油废白土效果良好,油回收率比机械挤压法提高约2倍,每年多产生直接经济效益约41万元。

(2)过热蒸汽喷射技术是一种对含油废白土等危险废物进行无害化、资源化处置的新工艺,产生显著的环保效益,对燕山石化公司清洁生产具有良好的指导意义,值得工业化推广。

(3)无论是机械挤压法还是过热蒸汽喷射法处置含油废白土后仍然会产生部分含油废渣,其含油率在5%—10%左右,建议将其作为公司热力厂CFB锅炉的原料进行掺烧,不仅可以节约能源,而且可以实现含油废白土的“零排放”,使其全部资源化利用,彻底解决废白土难以处置的环保问题。

摘要：为实现含油废白土等危险废物的无害化、资源化处置,应用过热蒸汽喷射技术回收废白土中的润滑油,取得了良好的效果,油回收率比机械挤压法提高约2倍,每年多产生直接经济效益约41万元,同时也取得了良好的环保效益,值得工业化推广。此外,对该方法产生的废渣的处置问题提出了建议。

关键词：过热蒸汽喷射,废白土,资源化,掺烧

参考文献

[1]陈扬,杨艳,陈刚.我国危险废物污染控制技术现状及发展[J].中国环境保护产业,2004,(11):16-17.

[2]高鸿宾.实用有机化学辞典[M].北京:高等教育出版社,2004.

蒸汽喷射压缩器 篇7

湿纸在网部成型压榨部脱水后仍然含有50%~75%的水分,这些残留的水分需要在干燥部用加热的方法除去。常见是用烘缸作为干燥设备,其干燥过程分为升温、恒速和降速三个阶段。升温阶段纸的水分变化不大,湿纸的温度和干燥速率增长很快,恒速阶段占干燥时间的50%~60%,是去掉湿纸的游离水。降速阶段主要去掉毛细管水和结合水[1]。对于不同品种、不同定量的纸品有不同的干燥曲线,所以要求对烘缸进行分组供热,以满足合理的干燥曲线,提高生产效率优化产品质量。

为解决纸机干燥部传统供热系统存在的问题,国内外都做了大量的研究,其中在传统供热系统中加入蒸汽喷射泵的方法改造干燥部,成本低、控制容易、维修方便、节能效果显著,且改善了蒸汽冷凝水排放系统。所以热泵供热系统成为目前干燥部普遍采用的供热系统。图1为典型的蒸汽热泵式供热系统图。锅炉送来的蒸汽通过分汽包分为一股高压蒸汽和一股低压蒸汽,高温段排的蒸汽冷凝水在其闪蒸罐中降压闪蒸,所生成的二次蒸汽经热泵由一部分高压新鲜蒸汽引射增压后仍供给高温段使用,不足部分由低压蒸汽补充,闪蒸罐中余下的蒸汽冷凝水流入中温段闪蒸罐,依次类推。此系统的优点:热泵装置提高了二次蒸汽的利用率,同时降低了闪蒸罐的工作压力,增大了烘缸排出蒸汽冷凝水的压差,有效解决烘缸积水问题;二次蒸汽经由热泵提升品位后供本段烘缸使用,不足部分通过补汽来实现,这样各段烘缸之间的联系几乎完全被切断,相互之间耦合作用小,容易控制;闪蒸罐后设置了水泵,保证闪蒸罐液位正常;设置了不凝气体排出通道,保证各段间排水压差正常;末端配置冷凝器和真空泵,使低温段的汽压和温度有更好的可控性,防止粘缸现象,调节所需温升曲线。

2 纸机干燥部供汽系统中蒸汽喷射式热泵的种类

蒸汽喷射热泵中工作流体以很高的速度从喷嘴出来,进入接收室,把在压力较低引射流体吸走,工作流体和引射流体进入混合室中,进行速度的均衡压力的升高,随后进入扩散器,压力将继续升高,在扩散器出口处,混合流体的压力高于进入接受室时引射流体的压力。提高引射流体的压力而不直接消耗机械能,这是蒸汽喷射热泵最主要的性质[2]。

目前纸机供汽系统中常见的为两种形式的热泵,蒸汽质量调节热泵和蒸汽流量调节热泵[3]。质量调节热泵也称不可调热泵,如图2所示。此热泵要求在工作蒸汽干管上设置阀门,当纸机运行工况发生变化时,控制热泵工作蒸汽进口干管上的阀门开度进行热泵供汽量的调节。由于阀开度变化会改变进入热泵的工作蒸汽压力,从而改变热泵进口新蒸汽做功的能力,造成一定的能量损失。

流量调节热泵,也称可调热泵,如图3所示。影响蒸汽喷射热泵的两个最主要参数为喷嘴出口直径(或者喷嘴出口直径与混合室喉部直径之比)、喷嘴出口距混合室入口的距离。所以流量调节热泵是在质量调节热泵的基础上,进行设计计算的。在工作喷嘴的轴向增加一个针式装置,称之为喷针,利用喷针前后移动调节工作喷嘴的喉部及出口面积,可以改善蒸汽喷射热泵的性能,以适应负荷变化的需要。由于热泵进口新蒸汽压力不变,其单位流量新蒸汽做功能力也不变,纸机在各种运行工况条件下,此结构热泵均可保持高效运行[3]。喷针多设计为圆锥形也称之为调节锥,其结构如图4所示,根据喷嘴和调节锥的几何关系,可以确定喷射器喷嘴的流通截面积与调节锥的调节行程之间的关系如式(1)[4,5]。流量调节热泵的性能优于质量调节热泵,调节范围相对较宽,但价格相对较高,一般是质量调节热泵的3—5倍。

A0—喷嘴的流通截面积,m2;

A1—喷嘴出口截面积,m2;

A2—调节锥在喷嘴出口处的截面积,m2;

D—喷嘴出口截面直径,m;

l—喷嘴外调节锥的长度,m;

θ—调节锥角,°。

3 蒸汽喷射式质量调节热泵系统的设计分析

对于一套纸机系统,配备设计合理的热泵才能发挥出预定的功效,否则将出现能耗高、烘缸积水、断纸、设备故障等一系列运行问题。设计中要在实际应用帮助下不断的归纳总结技术经验,找出问题所在并加以分类确认,便于问题的认知、解决和经验总结。目前的热泵设计一般步骤如下。

3.1 合理的热力方案选择

纸机干燥部热力系统会根据热源、纸种、定量、车速、烘缸排列、工厂布局、控制策略、建设资金投入等在典型热力系统模型基础上做比较大的改动。热力方案制定的好坏是系统成功的基础,要求设计者有足够的经验。主要遵循的原则为满足干燥工艺;能量梯级利用;提高排水压差使汽水流动顺畅;便于控制系统的控制。

3.2 准确的热力系统参数制定及热力学基本计算

用户提供的原始参数是设计的依据,在此基础上制定各段供汽的压力,闪蒸罐设计压力,热泵设计压力;其次进行准确的热力计算、闪蒸计算,对系统进行分段;校核热力参数是否能满足需求及热力方案是否可以实现;调整确定热力方案和热力参数,计算各段耗热量耗汽量。

第n段烘缸理论耗热量(k J/kg)[6,7]:

C'—进第n段纸的干度(%);

C″—出第n段纸的干度(%);

t'—进第n段纸的温度(℃);

t″—出第n段纸的温度(℃);

h″n—第n段烘缸平均干燥压力下的饱和蒸汽热焓量(k J/kg);

Cc—纤维的比热,一般为1.423 5(k J/(kg·℃));

CW—水的比热,一般为4.186 8(k J/(kg·℃))。

闪蒸计算:

F—闪蒸罐水的质量(kg);

V—闪蒸罐蒸汽质量(kg);

L—闪蒸罐水的质量(kg);

HF—闪蒸罐水的焓(k J/kg);

HV—闪蒸罐蒸汽的焓(k J/kg);

HL—闪蒸罐水的焓(k J/kg);

η—闪蒸罐效率。

3.3 热泵喷射系数

最大喷射系数是喷射热泵设计的依据,实际运行中达到的喷射系数是衡量喷射热泵好坏的重要技术指标之一。设计时所取喷射系数的偏差和大小,将直接影响所设计的喷射器的性能,热泵设计中喷射系数的计算一般分为两种类型。一类为双汽源系统,具有高压、低压两路汽源(图1为双汽源系统),高压汽源作为热泵工作汽源,另分一股低压汽源作为补汽,以防止热泵出口背压过高产生的恶化无法运行。此时由于补气回路的存在,热泵只需将闪蒸罐中产生的二次蒸汽及时足量引射,应该首先计算最大喷射系数,采用最大喷射系数进行设计,以减小热泵尺寸,降低做功能力损失,节约能量。最大喷射系数的计算最常用为气体动力函数法,此法是建立在气体动力学理论基础上的。依据能量守恒的基本定律,引进等熵速度,相对温度,相对密度等动力学函数,经理论推导及必要的经验修正完善后的一种方法,具体内容可参考文献[2]。对于单汽源不设补汽回路,热泵必须满足充份供给干燥所需的热量,引射蒸汽为已定值,热泵出口蒸汽流量也必需满足系统需要,根据质量守恒可计算出所需的工作蒸汽,从而计算喷射系数。此时热泵的喷射系数为已定值,热泵设计时要按此已定喷射系数设计。

3.4 热泵尺寸计算

确定蒸汽喷射热泵的喷射系数、工作蒸汽、引射蒸汽和混合蒸汽压力及流量后,即可进行详细的热泵结构尺寸计算,计算采用经验公式进行,主要尺寸公式见表1,推导及其余尺寸详见参考文献[8]。

3.5 控制系统配置及控制程序

热泵系统的实际运行效果,与控制系统的设计和实施质量也密切相关。随国产DCS控制系统软硬件技术的完善成熟,通常采用DCS集散控制系统实现对热力系统中压力、压差、闪蒸罐液位、热风系统温度等的控制。该系统能实现冷凝水闪蒸罐液位的自动控制、烘缸压力的自动控制、各组烘缸压力的比例调节与独立调节功能、断纸自动处理程序、断纸恢复自动处理程序、吹惯蒸汽的自动控制,自动处理与手动处理等模式。如图1所示系统,在蒸汽主管上设置PIC00使热力系统供汽压力稳定;由进烘缸的蒸汽压力PIC01-02-03控制相应段的低压补汽阀,调节进入烘缸的蒸汽压力及供汽量,满足纸机各段烘缸用汽需求;由DPIC01-02-03控制各段烘缸的排水压差,压差较小烘缸积水或纸机发生断纸工况时,不凝汽体排空阀打开,保证正常的排水压差;LIC01-02-03-04控制各闪蒸罐及冷凝水罐的液位,01-03当液位过高,水泵自动开启,04采用变频的方式控制水泵转速保证正常液位;TIC01控制换热器出水温度,便于辨别系统运行情况和热水回用。

4 问题及注意事项

1)系统设计前要充分了解造纸厂的具体生产情况,蒸汽来源、蒸汽质量、车间布局等。科学的布置热泵组,无论是垂直或水平布置热泵,需在低压蒸汽入口安装一个止回阀,防止喷嘴关闭时产生蒸汽回流,连接热泵出口的直管段长度不应小于管径6倍[9]。

2)运行中主要问题是烘缸排水压差不足,对于双汽源设补汽通路的热泵,设计时热泵出口压力应大于补汽通路压力,否则补汽通路打开,热泵的工作效果会恶化,烘缸排水压差达不到20 k Pa导致烘缸积水。运行中保证实际工作蒸汽达到设计压力,工作蒸汽压力下降,将使热泵的实际喷射系数降低。由于热力计算不准确导致的热泵本身能力设计不足也会使闪蒸效率下降,二次蒸汽利用率低,烘缸积水。

3)设计中干燥能力都有裕量,经常会令最后低温段干燥能力过强,低温段本来需求的蒸汽压力低能量消耗量小,其他各段冷凝水又聚集这里,经常出现低温段温度过高现象,产生粘缸、纸毛、卷曲等纸病,所以低温段热泵的布置设计及控制应进行严格周密的计算,必要时可将多余热量用于热风系统预热、袋区通风等,总之既要充分回收利用能量,又要合理满足烘缸温升曲线。

4)为了提高热泵的实际喷射系数即抽吸能力通常可以从以下几方面入手,提高热泵工作蒸汽压力;配备合适的工作蒸汽入口阀门及开度,避免阀门开度过小;喷嘴出口设计达到气流临界截面,喷嘴锥度在14°左右;为保证运行效果,喷嘴出口距混合室入口距离应稍大于计算得到的临界距离;保证工艺条件的前提下适当降低烘缸压力及闪蒸罐压力,避免闪蒸罐压力高过临界压力,喷嘴正常工作被破坏[10]。

5 总结

实践表明,成功的热泵供热系统能改善纸机烘缸温度曲线,解决烘缸积水难题,提高烘缸干燥效率,达到节能目的,还有助于提高纸机车速,产品产量质量。但是,热泵供热系统的效果与用户原始参数、热力方案选择、热力计算准确性、热泵喷射系数计算、热泵结构尺寸设计、控制策略及控制程序等密切相关。设计运行中要系统的分析问题,不能孤立的考虑单一因素,及时总结归纳经验,只有这样才能达到节省建设投资、提高生产能力、保证成品质量和降低生产成本的综和效益。

摘要：就蒸汽喷射式热泵在造纸机烘干部供热系统上的应用进行了论述。重点就纸机干燥部供汽系统中蒸汽喷射式热泵的种类、蒸汽喷射式质量调节热泵系统的设计分析以及在应用中的注意事项进行了分析。

关键词：蒸汽喷射式热泵,造纸机,供热系统

参考文献

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蒸汽喷射压缩器 篇8

1 水力喷射钻孔技术介绍

目前, 辽河油田水力喷射钻孔技术的工艺原理:连续油管连接铣刀钻具, 入井进行套管开窗, 然后连续油管连接喷射工具入井进行油层喷孔的工艺, 喷嘴为反冲自进设计。喷嘴工作方式为单射流破岩, 非水力机械联合破岩方式, 其优点是:结构简单、控制简便、成功率高、钻孔长度可达100米。

水力喷射钻孔技术从施工工序上可分为:

(1) 自然伽玛校深;

(2) 陀螺定向;

(3) 套管开窗;

(4) 钻水泥环;

(5) 油层喷孔。每孔施工时间约为15h, 每孔施工周期内, 连续油管下井3次, 测井1～2次。

2 高3624区块开发现状

2.1 高3624砂砾岩油藏介绍

试验油井位于辽河油田高3624区块, 高3624区块构造上处于辽河西部凹陷西斜坡北端高升油田莲花油层鼻状构造北端, 是一个南、东、西三面受断层夹持的由西南向北东倾没的断鼻构造, 高点埋深1600m。构造类型为纯油藏, 油层埋深1600～1850m, 油层分布主要受砂体分布控制, 为一构造岩性油藏。储层岩性以厚层块状砂砾岩为主, 夹薄层泥岩。据高3624井最初试油成果, 原始地层压力17.5MPa (油中1800m) , 1750m深度温度56℃。通过观察井测压情况可知, 目前地层压力在7MPa以上, 试验井附近压力10MPa左右。

2.2 区块开发现状

按开发方式划分, 高3624块可分为两个开发阶段:即常规开采和蒸汽吞吐开采阶段, 目前全块转为捞油生产。1988年8月～1998年9月, 高3624块开始蒸汽吞吐开发, 至1998年9月蒸汽吞吐有效期结束, 共吞吐23口井、74井次, 平均单井吞吐轮次4.9轮, 累计注汽22.0693×104t, 阶段产油13.9057×104t, 阶段产水3.7228×104m3, 阶段采出程度1.81%, 吞吐油汽比0.63, 阶段回采水率16.9%。1998年10月～2005年12月, 由于吞吐效果较差, 1998年10月后该块不再进行蒸汽吞吐开采, 2003年12月全块转为捞油生产。2006年1月～目前, 为采取压裂改造和高压注汽提高区块储量动用阶段, 开采难度逐年加大, 急需改善传统开采方式, 提高单井产能。

3 水力喷射钻孔与蒸汽吞吐联作方案

试验井高3-6-021井储层岩性以厚层块状砂砾岩为主, 夹薄层泥岩, 分析试验井与邻井同产层生产情况, 认为试验井目标储层剩余油较多, 结合水力喷射钻孔设备参数性能指标, 分析在该试验井应用是可行的, 决定进行水力喷射钻孔与蒸汽吞吐联作措施工艺试验。利用该技术喷射钻孔的定深、定向、钻深可控的优势来提高微裂缝钻遇率, 改善稠油蒸汽吞吐井产层受热环境及渗流条件, 扩大产层受热吞吐半径, 实现周围死油区稠油得到动用, 达到增加原油产量、提高单井产能的措施目的。

3.1 水力喷射钻孔方案

3.1.1 钻孔层位

筛选高3624块的某一口油井为试验井, 该井位于区块中部, 生产层段岩性为砂砾岩。油层物性较好, 平均孔隙度21.9%, 平均渗透率967×10-3μm2。碳酸岩含量极少。粒度中值为0.44mm, 但分选较差, 平均分选系数为1.94。为近物源浊流砂体沉积的特征。Ⅴ砂体储层以砂砾岩为主, 平均孔隙度为22.69%, 平均渗透率1282.65×10-3μm2;Ⅵ砂体储层以砂砾岩为主, 平均孔隙度为19.92%;平均渗透率867.92×10-3μm2。

3.1.2 钻孔位置

根据地层倾角、倾向以及油井井斜数据, 确定钻孔方位主要沿平行地层等高线方向, 这种方法适合油层上下较厚的油层, 孔轨迹在同一个油层延伸, 同时根据油层厚度和实际钻孔深度进行钻孔方位微调, 从该井测井曲线对比综合分析L5+6层位的2#、3#两个层钻孔增产效果会更好。

3.1.3 钻孔方位

通过分析试验井与邻井同产层生产情况, 认为试验井24.6º、221º方位剩余油较多, 优选为该试验的钻孔方位。

3.1.4 布孔数量

该井所选2#小层为物性较好的含油层段, 单层厚度56.6m, 3#小层厚度13.4m, 2#小层布孔密度为1孔/7.07m, 3#小层布孔密度为1孔/13.4m, 设计对2个小层完成9个钻孔, 自下而上逐孔实施。

3.1.5 钻孔长度

考虑小层单层厚度较厚, 井间距较长, 产层无底水, 井间距离170m, 因此, 设计钻孔长度为100m。

3.2 防膨酸化蒸汽吞吐方案

3.2.1 防膨方案

粘土稳定剂由有机聚季铵、非离子表面活性剂及无机物复合而成。

(1) 按处理半径计算, 按照处理半径2.4m计算, 药剂浓度1%, 施工剂量24.4t。

(2) 按注汽量计算

设计注汽量按3000t, 防膨剂使用浓度按1%计算, 则试验井防膨剂用量为30t。

(3) 施工要求:正注粘土防膨剂30t, 正替清水10m3, 压力控制在20MPa。

3.2.2 酸化解堵方案

(1) 药剂用量:酸化药剂的主要成分为有机酸、盐酸、氟盐、缓蚀剂和表面活性剂等。酸化目的层为2#:3#小层, 井段1651.5-1722.0m, 厚度70m/2层。通过酸化, 解除近井油层污染, 恢复或提高地层渗透率, 增加油井产能。设计向井中注入多氢酸解堵处理液185t, 正替顶替液10t, 排量0.6～1.5m3/min, 泵压不得超过20MPa。

3.2.3 注蒸汽方案

预热地面管线10分钟, 然后转入正式注汽, 以较低参数注一小时, 逐步提高注汽参数。采用高压小炉注汽, 设计注汽量3000t, 油层吸汽能力约7～9 t/h, 注汽速度:192 t d, 注汽强度:27.5t/m。

4 现场试验与效果

4.1 现场试验

2011年12月18日至12月29日, 完成水力喷射钻孔施工, 在1651.5-1708.6m井段的2个小层实施了9个钻孔, 进尺总计900米, 水力喷射钻孔成功。单孔施工时间最少为1天, 最长为1.5天。2012年1月2日至2012年2月4日, 完成防膨、酸化、注汽作业, 闷井9天, 累计注汽2501m3, 设计注汽3000m3。

4.2 效果分析与评价

4.2.1 油层吸汽效果评价

高3-6-021井从1988年到水力喷射钻孔之前, 共进行过7轮次注蒸汽试验, 最多一次注入蒸汽量738m3, 压裂、酸化等措施均没有收到好的效果。联作措施后, 第八轮累计注入蒸汽2501m3, 第九轮累计注入2002m3, 可以看出该措施有效解决了高3-6-021井注蒸汽困难的问题, 油层吸汽能力明显增强, 吞吐效果得到明显改善。

4.2.2 试验井生产情况效果评价

该井措施前, 平均日产液2.1m3, 平均日产油1.1m3, 前7轮累计产液3784.6m3, 累计产油2047.8m3, 措施后截至目前平均日产液9.5m3, 平均日产油3.3t, 措施后累计产液1734.2m3, 累计产油597.4m3, 油井增产效果明显。

5 结论

细致的地质分析、创新的联作思路、缜密的施工设计、科学合理的联作工艺选择是高3-6-21井现场试验成功的基础与保障。

水力喷射钻孔改变了传统射孔完井蒸汽腔的形态, 扩大了蒸汽与地层的直接接触面积, 扩大了蒸汽腔的波及体积, 无论是近井地带还是远井地带均更有效的利用了蒸汽的热能, 并且可在一定程度上解决因储层非均质性造成的储层动用不均的困扰。

水力喷射钻孔的成功应用可突破传统意义上的射孔完井方式, 有望引起新一轮的完井方式的变革

水力喷射钻孔与蒸汽吞吐措施联作工艺技术可有效解决因近井地带污染与堵塞导致的注汽困难的难题, 实现了蒸汽吞吐井间剩余油挖潜以及油井产量的提高, 为辽河油田稠油开采提供新模式、新方法。

参考文献

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[2]袁建民, 赵保忠.超高压射流钻头破岩实验研究[J].石油钻采工艺, 2007, (04) :20-22

[3]孙晓超.水力深穿透水平钻孔技术的研究.大连理工大学硕士学位论文[D], 2005