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石油化工流程泵的四大应用领域剖析

时间:2018-08-02 01:30 来源:流程泵 作者:我要流程泵
石油化工流程泵的四大应用领域剖析

石油化工流程泵商品主要有:各种玻璃纤维石油化工流程泵、耐腐蚀塑料泵、高温石油化工流程泵、规范化石油化工流程泵、石油化工流程泵等。 往复泵

石油化工流程泵是全国联合规划的节能泵,泵的功能,技能要求,根据国际规范ISO2858所规定的功能和尺度规划的,其长处:全系列水利功能规划合理,用户选择规模宽,“后开式”构造,维修便利、功率和吸程到达国际先进水平。凯程石油化工流程泵分类:石油化工流程泵,塑料石油化工流程泵,石油化工流程泵,电动石油化工流程泵,气动石油化工流程泵。

1、石油化工流程泵广泛应用于化工、石油、冶金、轻工、合成纤维、环保、食物、医药等部分。石油化工流程泵具有功能安稳可靠、密封功能好,外型美观,运用维修便利等长处。为进步商品质量、减少跑、冒、滴、漏,避免污染,改进环境,发挥很大的效果。

2、石油化工流程泵适用于化工、石油、冶金、电站、食物、制药、合成纤维等部分运送温度在各种温度的腐蚀性介质或物理、化学功能高的介质。

3、石油化工流程泵用于泵送清水,富含磨蚀性的,对一般泵体资料有害的物质、悬浮的、对不锈钢资料有腐蚀的、非爆炸性的物质;

4、石油化工流程泵一起广泛应用用于供水;用于供热、空调、冷却和循环系统;石油化工流程泵用于民用及工业用处;用于消防;用于灌溉;用于平时用处及民用,工业,园艺,灌溉用处;用于雨水积储工程;用于必须低噪音的场合;石油化工流程泵用于增压,合适运送腐蚀、爆炸性、颗粒的水或液体;合适管网增压。

石油化工流程泵依托离心原理来抽取液体物料,特别资料制成的石油化工流程泵适用于瓶、桶、缸、池或别的容器中抽取腐蚀性液体。

石油化工流程泵的四大应用领域剖析

5种泵停留时间分布实验研究

5种泵停留时间分布实验研究

王修纲1,吴凤超2,田冰虎2,沈阳2,吴剑华1,2 不锈钢转子泵

1、天津大学化工学院,天津300072;

2、沈阳化工大学化学工程学院,辽宁沈阳110142

摘要:采用脉冲示踪法对石油化工流程泵、石油化工流程泵、石油化工流程泵、液压石油化工流程泵、三柱塞石油化工流程泵的停留时间分布(RTD)进行了实验研究。实验结果表明:石油化工流程泵RTD呈单峰分布,无死区,返混程度与等径空管接近;石油化工流程泵RTD呈单峰分布,有死区,石油化工流程泵返混程度大于单级,单级大于等径空管;石油化工流程泵RTD呈单峰分布,三石油化工流程泵呈三峰分布,二者都有死区存在;各类泵RTD特征均由其机械结构和运转方式决定;各类泵的返混均受流量影响,其返混程度随流量的减小而增大,叶片式泵较容积式泵更明显;各类泵的平均停留时间均与流量成反比,并与空时吻合较好;各类泵中,石油化工流程泵返混最小,其他4种泵均存在一定死区,流型介于平推流和全混流之间。

关键词:停留时间分布;脉冲示踪法;泵;石油化工流程泵;石油化工流程泵;石油化工流程泵;三石油化工流程泵;石油化工流程泵

Residence time distribution of five pumps

WANG Xiu-gang1,WU Feng-chao2,TIAN Bing-hu2,SHEN Yang2,WU Jian-hua1,2

1.School of Chemical Engineering and Technology,Tianjin University,Tianjin 300072,China;

2.School of Chemical Engineering,Shenyang University of Chemical Technology,Shenyang 110142,Liaoning Province,China

Abstract:The residence time distribution (RTD) of five pumps,axial flow pump (AFP),single-stage centrifugalpump (SSCP),multiple-stage centrifugal pump (MSCP),diaphragm pump (DP) and three-plunger pump (TPP)was investigated based on pulse tracer method. According to the experimental results,the RTDcurve of AFP showsunimodal distribution without dead zone. The back-mixing of AFP is close to the blank pipe with equal diameterand volume.The RTDof centrifugal pump acts as unimodal distribution with dead zone. The back-mixing of MSCPis greater than SSCP,and SSCP is greater than the blank pipe. The RTDcurve of DP is single-peak but TPP istrimodal,dead zone is found in both of them. The RTDis determined by its mechanical structure and operatingmode.The back-mixing of five pumps is all affected by the flow rate,which increases with the flow rate declining. The back-mixing of vane pumps is affected more obviously than volumetric pumps by the flow rate. The meanresidence time of five pumps is all in inverse proportion to the flow rate,and all in good agreement with the spacetime. The back-mixing of AFP is the lowest in five pumps. The flow patterns of other four pumps are all betweenplug flow and complete mixing flow,and the dead zone exists in them.

Key words:residence time distribution;pulse tracer method;pump;axial flow pump;centrifugal pump;reciprocating pump;three-plunger pump;diaphragm pump

泵是将电能或者机械能转换成被输送液体的动能和压力势能的设备,在化工、机械、能源、食品以及其他各类过程工业中均扮演着不可或缺的角色。泵作为流体输送设备,它的动力性能和效率始终受到研究者的关注。近年来,随着计算流体力学(CFD)技术和粒子成像测速法(PIV)、相位多普勒法(PDPA)等先进的实验流体力学技术的发展,学者们通过获得泵内详细流场,对石油化工流程泵[1]、石油化工流程泵[2-3]、石油化工流程泵[4]的性能预测、结构优化提供了全新的视角。然而,作为过程工业中重要的流体设备,泵的停留时间分布(RTD)却很少被关注。

停留时间分布是描述流体系统内流动状态的重要宏观特征,是分析连续流动反应器(流体系统)的有力工具[5-7]。停留时间分布数据一般采用示踪实验获得。根据流体设备的结构特点和流体相态的不同,所选的工作流体、示踪剂及检测器亦有所差异。对于液相流体设备,一般采用“水-电解质溶液-电导检测器”的实验方法[8-9],对于气相反应器,一般采用“气体A-气体B-气相色谱”的方法[10]。非均相流体系统的RTD实验相对困难,如气固颗粒流可采用“气固二相-荧光-荧光检测器”方法[11]。近年来,逐渐形成了采用CFD的非定常模拟获取停留时间分布的新方法[12]。CFD方法几乎适合各类反应器和各种流体相态,特别是采用实验方法难以获得理想数据时,如微型反应器[13]、非均相反应器[14]流体系统的RTD测定。实际生产中,各类泵主要用于液相均相物料的输送,故本文将采用最典型的“水-电解质溶液-电导检测器”脉冲示踪法获取RTD数据,并采用平均停留时间、量纲一方差对石油化工流程泵、石油化工流程泵、石油化工流程泵3类(5种)常用泵设备的RTD进行分析和比较。

1 实验

1.1 实验方法

本文采用脉冲示踪法对5种泵的停留时间分布进行测定。实验以自来水为工作流体,饱和KCl溶液为示踪剂,在室温(约25℃)下完成。

1.2 实验流程

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如图1所示,自来水从水槽出发,经调节阀调节流量后进入泵,从泵打出的自来水经流量计计量后排入废水槽。泵的入口处装有示踪剂进样口,出口处装有电导率电极。示踪实验开始前,将泵流量调至所需,实验记录仪器开启。待流量稳定后,用注射器将0.5 mL饱和KCl溶液通过内径2 mm钢管从进样口瞬间注入,并记录为0时刻,进样完毕。示踪实验过程中,电导率电极将产生变化信号,并传输给计算机进行显示和记录。直到某一时刻t,仪器检测信号回到进样前的水平,停止信号记录,0-t时间段内即可得到一次有效的RTD原始数据。

示踪剂的检测由一台电化学工作站(CHI660D,上海辰华仪器有限公司)及电导率电极完成。其工作原理为,电化学工作站给电极两端加0.1 V恒定直流电压,并实时检测闭合电极回路中的电流。当经过电导率电极处溶液浓度发生变化时,电导率电极间的溶液电导率也发生变化,电化学工作站检测的电流也同时发生变化,此三者的变化皆为线性关系。因此,可以直接用电流变化代替浓度变化去归一化获得停留时间密度函数。电化学工作站检测最小电流为10-12A,最小采样间隔1μs,全量程内电流测量偏差为0.003%。

图1实验流程

Fig.1Schematic of experiment setup

各实验设备采用内壁光滑的PVC管连接,管路的连接方式有法兰连接、螺纹连接、PVC粘接,各连接方式均以接口光滑、密闭良好为目标。实验所用的流量计均是涡轮流量计,流量范围为0.2-1.2m3/h,1.6-6 m3/h,2.5-25 m3/h,精度均为1.0级。为确保测量结果准确,流量计安装在等径长直管路上,使用前进行标定。

1.3 研究对象

本文选取了工业生产中具有代表性的几种泵作为研究对象,如表1所示。其中,石油化工流程泵的特点是流量大、扬程低、比转速高的叶片式泵。本文所用的石油化工流程泵是自制的,主要设计参数如下:叶轮直径为37mm,叶片数为3,导叶叶片数为4,叶顶单边间隙为0.5 mm。石油化工流程泵由0.6 kW伺服电机驱动,转速在0-15 000 r/min范围内调节。最优工况下流量为14.5 m3/h,扬程为7.8 m。石油化工流程泵属叶片式泵,具有性能范围广泛、流量均匀、结构简单、运转可靠和维修方便等诸多优点,因此石油化工流程泵在工业生产中应用最为广泛。本文选取级和多级2台石油化工流程泵(卧式)作为研究对象。石油化工流程泵属容积式泵,其特点是排压很大,且流量与压力无关,吸入性能好,效率较高。本文选取液压单石油化工流程泵(简称石油化工流程泵)和三柱塞石油化工流程泵(简称三石油化工流程泵)作为代表。

表15种泵主要技术参数

Table.1Main technical parameters of five pumps

名称

-1)

接口尺寸

-1)

流量调

节方式

生产厂家

型号

石油化工流程泵

DN32

600

转速

自制

石油化工流程泵

15

12

DN40

750

阀门

台州金龙泵业有限公司

石油化工流程泵

14

22

DN32

750

转速

MHI802

石油化工流程泵

100

DN20

1 400

转速

上海申贝泵业制造有限公司

三石油化工流程泵

250

DN20

750

1 400

转速

淮安鹏程化工特殊泵有限公司

1.4 数据处理

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实验最初可获得曲线,由式(1)可得E(t)-t曲线,即为停留时间分布密度函数。

(1)

式中:c(t)为不同时刻示踪剂浓度,mol/L;t为时间,s;E(t)为停留时间分布密度函数,s-1。对RTD进行分析,经常借助以下几个特征参数。

(2)

(3)

(4)

式中:tm为平均停留时间;为停留时间方差;是将量纲一化所得的量纲一方差,理想平推流的,理想全混流的,值越大,表明返混程度越大;为量纲一时间。

由下列2式可将E(t)-t量纲一化,得到曲线,即量纲一停留时间分布曲线。

(5)

(6)

式中:为量纲一停留时间密度函数;量纲一化消除了不同平均停留时间对RTD的影响,使得结构不同的反应器(流体装置)的停留时间分布密度函数及其方差具有可比性。

2 实验结果与讨论

2.1 石油化工流程泵

2.1.1停留时间分布特征

图2为石油化工流程泵的典型量纲一停留时间分布曲线。由图可知,石油化工流程泵的RTD曲线呈单峰分布。最大峰高出现在处,且无“拖尾”现象,表明石油化工流程泵内无死区存在。随着雷诺数的变化,RTD峰形有一定变化,与层流下的峰形相比,湍流时的峰高更高、峰宽更窄,表明石油化工流程泵在湍流下返混程度比层流小。

图2石油化工流程泵停留时间分布

Fig.2NormalizedRTD for axial flow pump

图3 石油化工流程泵与空管RTD对比

Fig.3Comparison of normalized RTD between axialflow pump and blank pipe

为了充分研究石油化工流程泵的返混特征,选取了与石油化工流程泵接口等径(内径为35.5 mm)、腔体体积相同的PVC管路作为对比。图3为流量1.1 m3/h时,石油化工流程泵和空管的量纲一停留时间分布曲线。由图3可以看出,石油化工流程泵与空管的量纲一停留时间分布曲线非常接近,2条曲线几乎重合。表明石油化工流程泵的返混与等径空管接近。

2.1.2平均停留时间

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图4给出了石油化工流程泵的平均停留时间(tm)和空时(τ)随流量的变化关系。其中,平均停留时间是石油化工流程泵在不同流量下获得的RTD数据经式(2)计算所得。空时是通过量取石油化工流程泵腔体体积,并由式(7)计算所得。

(7)

由于石油化工流程泵腔体体积恒定,实验流体又不可压缩,所以理论上应有tm=τ。由图4可以看出,采用脉冲示踪法所得的平均停留时间与空时十分接近,相对误差在5%以内,说明本文所得的实验数据可靠。另外,图4的数据也表明平均停留时间与流量成反比这一物理本质。

图4平均停留时间与空时的对比

Fig.4Comparison between mean residence time and space time

2.1.3量纲一方差

为了进一步揭示石油化工流程泵的返混特征,将不同流量下所得的RTD曲线由式(2)、(3)和(4)处理,得到量纲一方差与流量(Re)的变化关系,如图5所示。由图可知,石油化工流程泵的量纲一方差受流量影响,随流量减小量纲一方差显著增大,层流区域(Re<2 000)量纲一方差随Re的变化率较大,而湍流区域(Re>4 000)变化率较小。从量纲一方差数值上看,湍流区域内的量纲一方差在0.16-0.20之间,表明湍流下的石油化工流程泵返混程度相对较小,比较靠近平推流。

图5石油化工流程泵的量纲一方差随雷诺数的变化关系

Fig.5Relationship between dimension one variance ofaxial flow pump and Reynolds number

2.2 石油化工流程泵

2.2.1停留时间分布特征

图6为石油化工流程泵、石油化工流程泵和空管在Re=55 000下的量纲一停留时间分布密度函数图像。由图可知,石油化工流程泵和石油化工流程泵的停留时间分布曲线呈单峰分布。最大峰高出现在之前,且有“拖尾”现象,表明石油化工流程泵内存在死区,石油化工流程泵的最大峰高更加靠前,表明石油化工流程泵比石油化工流程泵死区更严重。从图中可以看出,在相同雷诺数下,两石油化工流程泵的峰高低于空管,石油化工流程泵低于石油化工流程泵,两石油化工流程泵的峰宽宽于空管,石油化工流程泵宽于石油化工流程泵,表明相同雷诺数下,石油化工流程泵的返混大于空管,石油化工流程泵的返混大于石油化工流程泵。

图6 石油化工流程泵、石油化工流程泵与空管RTD对比

Fig.6Comparison of normalized RTD between single-stage centrifugalpump(SSCP),multiple-stage centrifugal pump(MSCP) and blank pipe

2.2.2平均停留时间

与石油化工流程泵类似,本文采用脉冲示踪法所得的石油化工流程泵的平均停留时间与空时相当接近,石油化工流程泵平均停留时间与空时的相对误差不大于4%,石油化工流程泵不大于5%,说明本文所得石油化工流程泵的停留时间分布数据可靠。

2.2.3量纲一方差

图7为两石油化工流程泵RTD的量纲一方差与雷诺数的变化关系。由于石油化工流程泵流量由阀门调节,实验中难以调节出层流对应的流量,因此图7中石油化工流程泵只有湍流范围内的数据。由图可知,两石油化工流程泵的量纲一方差均受流量影响,随着流量减小量纲一方差增大,层流区域(Re<2 000)量纲一方差随Re的变化率较大,而湍流区域(Re>4 000)变化率较小。从量纲一方差数值上看,石油化工流程泵的量纲一方差在0.33-0.40之间,石油化工流程泵在0.38-0.61之间,表明石油化工流程泵的返混程度介于平推流和全混流之间,既不靠近平推流,也不靠近全混流。另外,相同雷诺数下,石油化工流程泵的量纲一方差大于石油化工流程泵,再次说明石油化工流程泵的返混程度大于石油化工流程泵。

图7石油化工流程泵的量纲一方差随雷诺数的变化关系

Fig.7Relationship between dimension one variance ofcentrifugal pump and Reynolds number

2.3 石油化工流程泵

2.3.1石油化工流程泵的停留时间分布特征

图8为不同雷诺数下石油化工流程泵的量纲一停留时间分布曲线。

图8石油化工流程泵停留时间分布

Fig.8Normalized RTD for diaphragm pump

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由图可知,单级石油化工流程泵停留时间曲线峰形为单峰,最大峰高明显前移,且“拖尾”严重,表明单级石油化工流程泵内死区严重。曲线有明显阶梯式上升和下降,表明石油化工流程泵流量不连续,以一定频率脉动。另外,随着雷诺数的变化RTD曲线变化较小,表明流量对石油化工流程泵返混影响较小。

2.3.2三柱塞石油化工流程泵的停留时间分布特征

图9为不同雷诺数下三柱塞石油化工流程泵的量纲一停留时间分布曲线。由图可知,与其他泵明显不同,三柱塞石油化工流程泵的RTD曲线出现3个峰,这是由串联的三柱塞造成的。最大峰高仍出现在处,且有一定“拖尾”,表明三石油化工流程泵亦有死区存在。

图9三石油化工流程泵停留时间分布

Fig.9Normalized RTD for three-plunger pump

2.3.3量纲一方差与平均停留时间

图10为石油化工流程泵和三柱塞石油化工流程泵的RTD量纲一方差与雷诺数的变化关系。由图可知,量纲一方差随流量减小而增大,但变化幅度很小。两泵相比,石油化工流程泵的量纲一方差较大。石油化工流程泵和三石油化工流程泵的平均停留时间也与其流量成反比,二者的平均停留时间与空时均吻合较好,相对误差不大于5%。

图10石油化工流程泵的量纲一方差随雷诺数的变化关系

Fig.10Relationship between dimension one variance ofreciprocating pump andReynolds number

3 结论

(1)各类泵停留时间分布特征(返混特征)均由其机械结构和运转方式决定。其特征如下:石油化工流程泵RTD呈单峰分布,无死区,返混程度与空管接近;石油化工流程泵RTD呈单峰分布,有死区,返混程度多级大于单级,单级大于空管;石油化工流程泵RTD呈单峰分布,三石油化工流程泵呈三峰分布,二者均有死区存在。

(2)各类泵的停留时间分布(返混)均受流量影响,其返混随着流量(Re)的减小而增大;叶片式泵的量纲一方差随流量减小显著增加,容积式泵量纲一方差随流量减小仅有较小变化。

(3)各类泵的平均停留时间均与流量成反比,并与空时吻合较好,符合其物理本质。

(4)各类泵中,石油化工流程泵返混最小,其他4种泵均存在一定死区,流型介于平推流和全混流之间,既不靠近平推流,也不靠近全混流。

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基金项目:国家自然科学基金资助项目(51406125)

作者简介:

王修纲(1986—),男,博士研究生,从事化工过程强化的研究,E-mail:xgwang@tju.Edu.cn;

吴剑华,通信联系人,从事化工过程强化的研究,E-mail:jianhuawu@163.com。

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石油化工流程泵的四大应用领域剖析

石油化工流程泵的四大应用领域剖析相关问答:

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