粉粒料稀相气力输送的设计

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1、粉粒料稀相气力输送的设计崔文钧(中国石化集团上海工程 ,上海 200120)摘要 在石化行业中针对同一种物料 ,因粉粒料大小和含水率不一样 ,其传输性能也不一样 ,随着含水率的增高而导致不能进行气力输 送 ; 对于磨琢性强的物料 , 设备要采用耐磨材质和合适的结构型式; 对脆性易碎的物料及因破碎而造成质量降级的物料 , 则必须在选择风速方 面给予考虑 ; 对在一定的浓度与温度下 , 易燃烧 、易爆炸的物料 , 则应考虑在气力输送时 , 物料的温度不得超过着火点 , 否则就要考虑采用惰性 气体输送。文中介绍了物料气力输送的基本计算方法和计算举例。关键词石化行业 稀相气力输送 粉粒料 设计1概况随

2、着改革开放 , 我国气力输送装置也得到了迅 速地发展 , 相继出现了各种不同类型的气力输送形 式 。特别石油化工行业 ,在乙烯 、聚乙烯 、聚丙烯等装 置中 ,其粉粒成品几乎均采用气力输送 。气力输送之 所以在石油化工行业得到了应用 , 是和石油化工行 业所生产的产品物料的特性密切相关的 。2气力输送的设计计算设计时要考虑装置的输送量 、输送装置的起始 点 、装置的输送距离和线路 、运转管理条件 、电源 、水 源和环保问题(噪声 、污水处理等) 。2. 1 设计思路设计气力输送装置必须要对上述条件进行调查 研究 ,收集资料 ,根据综合考虑确定各项具体的参数 和方案 ,进入具体的设计阶段 。(

3、1) 分析设计原始条件根据工程设计要求 ,分析输送物料的物理 、化学 特性及建设单位提供的输送条件和有关参数 , 对易 燃 、易爆物料更要慎重 、仔细 。( 2) 确定气力输送系统型式 根据建设单位提供的原始数据 、设计条件及各种必要的设计参数 ,确定采用吸送式输送系统 ,还是 压送式输送系统或是混合式输送系统 。( 3) 确定输送管线布置及各主要部件结构型式 ,并绘制系统布置示意图 。( 4) 计算输送量根据建设单位提供的年输送量 、年操作日 、工作班制及前后工段工艺配置情况 , 计算并确定系统输 送能力 。( 5) 选定混合比( 6) 选定输送气流速度( 7) 计算输送空气量( 8) 计算

4、输料管直径(9) 确定气力输送装置的主要部件结构及尺寸 包括 : 输料管水平长度和垂直高度 、倾角 、弯头数量 , 以及管路结构 、材质和支架等 ; 分叉管和 切换阀的种类 、结构 、材质及数量 ; 分离器和除尘 器的型式 、尺寸及材质 、管口方位等 。( 10) 计算整个输送系统的压力损失(11) 根据计算所需的输送空气量 、总压损及有关 设计条件等情况选定鼓风机和种类和容量( 12) 选择电动机的种类和容量( 13) 选定所需电气设备及所需附属设备(14) 确定开停车等运转顺序 , 确定联锁及安全装 置 ,选定控制操作盘的种类和容量( 15) 确定吸排气口的位置 ,是否加消音设备 ,确 定

5、除尘方式( 16) 编制安装 、调试运转操作规程( 17) 编制所需易损件备品备件种类和数量2. 2 稀相气力输送的设计计算气力输送装置设计必须对下列主要参数进行计 算与确定 , 这些参数的正确计算与合理选定 , 不但是 为了确保设备的正常操作与运转 , 而且也体现了气 力输送整体设计的合理性与先进性 。这些主要参数有 :生产率 、混合比 、风速 、风量 、输料管直径 、压力损 失 、风机功率等 。( 1) 生产率计算 生产率的计算与确定是设备设计与选型的主要依据之一 。根据工程要求的年输送量 、年工作日及日 工作班制进行计算 。计算气力输送系统在单位时间内通过的最大输送量 Gs ,kg/ h

6、 ,一般按下式 :G =G D y HG s =o G 式中 : G小时生产量 , kg/ h ; G装置年需要量 ,kg/ a ; Dy 年工作日 ; H 每天工作小时数 (一班制取 7h ,二班制取 14h ,三班制取 21h) 。计算出来的小时生产量 ,必须考虑整个气力输送 装置的供料情况 ,来料有无中间贮仓 ,后续机械检修大后也带来一些不利影响和风险 , 例如 : 混合比过 大 , 在悬浮状态下输送时 , 浓度过大 , 输送管容易产 生堵塞 , 且管道压力也增加 , 必须采用高压风机 , 混 合比增大后阻力损失也会增大 , 由于风机的功率正 比于压损和空气量的乘积 , 当压损增加不很大

7、 , 但空 气量减少很多时 ,采用提高混合比是合适的 。( 3) 输送物料的气流速度 气力输送装置中空气在管道中运动 , 要有一个m最有利的经济速度 。此速度首先是能确保输送物料 在所有输送管段内畅通无阻 , 但速度太低 , 由于阻力 系数增大会使摩擦压力损失增高 。速度过高不但浪 费能量 , 也会使物料颗粒对管壁的冲击 、碰撞加剧 , 同时对输料管 、弯头等处的磨损增大 , 导致使用寿命 缩短 。气流速度可按下面的经验公式估算 :V v气=1+L是否频繁 ,一般都要增加一定的设计裕量 ,o 裕量系式中 : V气气流速度 , m/ s ; m物料密度 , t/ m3 ;数 (一般在 1. 05

8、1. 20 之间 。工况条件好的取 1. 05 ,差的取 1. 20) 。输送物料的特性系数 , = ( 25) 10 - 5 , 对于干燥 的灰状物取小值 ; L 输送管当量长度 , m; 当 L 100m( 2) 混合比混合比 即气力输送中气体所含输送物料的质时可略而不计L = L平 + k1L斜 + k2 L垂 + nR弯; k1 =1. 11. 5 , k2 = 1. 32 ; n 为弯管数 ; L 平水平输料管量浓度 , 是指单位时间内所输送物料质量与气体质长度 , m; L垂垂直输料管长度 , m; L斜倾斜输料管长量之比 ,用下式表示 := GsGo度 ,m; R弯弯管的当量长度

9、 ,m。物料名称R/ D461020粉状物料48510610810均匀粒状物料-81010161220不均匀粉状物料-12201525表 1 90 o 弯管的当量长度 R弯值m式中 : 混合比 , kg/ kg; Gs 输送物料的质量流 量 ,kg/ h ; Go 气体质量流量 ,kg/ h。混合比越大越经济 ,因混合比越大 ,有利于提高 输送能力 。当被输送的物料为一定量时 , 混合比增 大 ,则用来输送物料的空气量减少 ,从而输送管道的 直径也就小 ,风机功率也小 ,气力输送装置的投资费 用降低 ,能量消耗下降 ,经济效益明显 。但混合比增注 : 当弯管角度不是 90 o 时 , 可用表中

10、值乘以 Q 弯/ 90 得到。Q 弯为弯 管角度。表中 R 为弯管中径曲率半径 ,D 管内径。由于设计误差和输送条件的变化等因素 , 实际表 2 1 系数值物料名称颗粒大小 mm1 值物料名称颗粒大小 mm1 值灰状011016细块状10202022均质粒状1101620中块状20402225注 :1 为输送物料的粒度系数。输送气流速度经常会有波动 , 故在决定供料点的风 速时 , 要有比理论输送气流速度高出 10 %20 %的 裕量 。( 4) 输送风量20 , 相对湿度 50 % , 输送物料所需要的有效风量 ,其计算公式如下 :o = QG s o气力输送计算风量系指在常压状态下 , 温

11、度式中 Qo 常压状态下 20 时输送风量 , m3/ h; Gs 计算生产率 , kg/ h;o 常压状态下 20 时气体密度 , 空气为1. 2kg/ m3; 混合比 。在选择风机时 , 其风量除了应满足上述公式计算的输送风量外 ,还应考虑输送系统的漏风量 ,一般 应增加 1020 %的裕量 , 即取裕量系数2 = 1. 1 1. 2。( 5) 输送管道直径计算 在计算输送管道内径时 , 一般应按所空气量进失 , 通常称沿程压力损失 , 可按下述两种气体状态进 行计算 :采用低中压气力输送的压损 压缩空气压力低于 100kPa ,一般称低中气压 。由于系中低压输送 , 管道内压力损失较小

12、, 气体密度在 工作过程中的变化 , 可以认为是常数 , 沿程阻力可按 下式计算 :2 L 气V 气行计算 ,不需考虑漏损系数 ,可按下式计算 :D =4Q P 沿 = P 气 1 - P 气 2 = D23600 vV 气式中 : D 输送管内径 , m; Q某压力、温度状态下 的计算气体体积流量 ,m3/ h ; V 气气体流速 ,m/ s。( 6) 压力损失计算 气力输送过程中所需的能量 , 主要消耗于空气式中 : P 气 1 管道始端的气体压力 , Pa ; 气管道中气体的密度 , kg/ m3 ; P 气 2 管道终端的气体压力 , Pa ; V 气管道中气流速度 , m/ s ;

13、L 管道长度 , m; 气体在直管段中摩擦阻力系数 ; D 管道内径 ,m。 对紊流光滑管 , Re = 3 1031 105和被输送物料在输料管中运动所引起的压力损失 。在气力输送设计中 , 对压力损失的计算多采用经验= 0 . 3164 Re 0. 25Re = V 悬 D V 气公式 。在输送管中两相流的压力损失 ,主要有下列几 部分 : 空气和物料在水平输料管中的压力损失 ; 空气 和物料在垂直输料管中的压力损失 ; 物料加速时引 起的压力损失 ; 弯头等管件处的压力损失 ; 压缩机 、 接管 、消音设备引起的压力损失 ; 料气分离等设备处采用高压力输送的压损当采用高压 (或真空) 气

14、力输送时 , 随着管道长 度的增加 , 压力损失变化 , 气体密度也在变化 , 不能 按常数计算 , 通常视为等温过程 , 沿程压力损失可按 下式计算 :气 2L气 2V 2 2 - P气 2引起的压力损失 。1) 空气和物料在水平输料管中的压力损失P沿 = P气1 - P气2 =P 2+ P气 2气D这部分压力损失主要是由于空气和物料在运输 过程中沿管壁的摩擦 ,物料颗粒间的相互摩擦 、碰撞 以及保持物料颗粒呈悬浮状态所消耗的压损所造成 的 。一般采用下列经验公式计算 :P 平 = P 沿( 1 +K)式中 : P 平气体和物料在直管运动中的压力损 失 , Pa ; P 沿纯气体沿直管运动的压力损失 , Pa ; 混 合比 。K由实验确定的阻力系数 , 与气流速度 、物料颗 粒形状大小 、物理性质及管径等有关 。可按下式估式中 : P 气 1 管道始端的空气压力 , Pa ; 气 1 管道始端气体密度 ,kg/ m3 ; P 气 2 管道终端的空气压力 , Pa ;气 2 管道终端气体密度 , kg/ m3 ;气体