丝网除沫器的设计计算

1、丝网除沫器的设计计算储气一气液分离容器的工艺计算仁气液分离器的选用1.1对湿饱和蒸汽进行气液分离的目的从气源流入储气罐的蒸汽为湿饱和蒸汽，湿蒸汽中含有一定量的液态水颗粒，这将会 对饱和蒸汽的精确计量造成不利的影响。为提高饱和蒸汽中气相质量含率，改善饱和蒸汽 的计量精度，需要在储气罐中设置气液分离装置，滤除饱和蒸汽中的液态水颗粒。1.2不同类型气液分离器及其适用情况目前工业当中最常用的共有两种类型的气液分离设备，分别为立/卧式重力分离器和立 /卧式丝网分离器。重力分离器通常用于液体颗粒直径大于200“的气液分离，对于直径 较小的液体颗粒则分离效果较差；而丝网分离器可以有效分离气体中直径大于3“加

2、5“加 的液体颗粒。湿蒸汽中液态水颗粒直径一般在数十至数百微米量级，若采用重力分离器则难以完全 滤除，因此宜采用丝网分离器对湿饱和蒸汽进行气液分离。1.3丝网除沬器的基本原理工业中一般用液体颗粒的直径对雾、沫、液滴进行定义，直径10的液体颗粒称为 雾；直径介于10“1000“”的液体颗粒称为沫；直径1000“的液体颗粒称为液滴。丝 网分离器能有效分离气体中直径大于3的液体颗粒，因此又称作丝网除沫器或丝 网除沫器。丝网除沫器主要构成为一固定安装的丝网组件，由丝网和上下支承栅条组成， 具有结构简单、重量轻、空隙率大、压力降小、接触表面积大、除沫效率高、安装操作维 修方便、使用寿命长等优点。其工作原

3、理如图所示。洁净的气体舉集下諭液液 含液沬的铀 上升的弓体-液依一当带有液体颗粒的气体以一定速度上升通过丝网时，由于雾沫上升的惯性作用，雾沫 与丝网细丝相碰撞而被附着在细丝表面上。细丝表面上雾沫的扩散、雾沫的重力沉降，使 雾沫形成较大的液滴并沿着细丝流至网丝的交接点处。细丝的可润湿性、液体的表面张力 及细丝的毛细管作用，使得液滴越来越大，当聚集的液滴大到其自身产生的重力超过气体 的上升力与液体表面张力的合力时，液滴就会脱离细丝而下落至容器底部。丝网除沫器对气体中雾沫颗粒的捕集效率达98%-99.8%,气体通过丝网除沫器后基本上 不含雾沫。而气体通过除沫器的压力降却很小，一般只有250-5002

4、.丝网除沫器的工艺设计2.1丝网除沬器材质及网型的选择2. 1. 1网丝材质的选择丝网材料可釆用各种不同的金属或非金属材料，常用的有不锈钢、蒙乃尔合金、鎳及 镰合金、铜、铝、碳钢、锂、工程所料（聚氯乙烯、聚乙烯）等。其中304不锈钢是一种应用最广泛的不锈钢材料。它具有成本低、耐高温（可耐受 1000C-1200C的高温）、耐锈蚀性好的优点，同时对碱溶液及大部分有机酸和无机酸也 具有良好的耐腐蚀能力，非常适宜湿饱和蒸汽环境下使用。因此，选用304不锈钢作为湿饱 和蒸汽丝网除沫器的丝网材料2. 12网丝网型的选择根据HG/T 216181998标准，丝网除沫器用气液过滤网规格有：SP （标准型）、

5、DP （高 效性）、HR （高穿透型）、HP （阻尼性）型四种标准规格，各规格的丝网特性参数如下表所 /KoSP气液过滤网DP气液过滤网HRHP气液过滤网网型丝径（ mm ）堆积密 度( Kg /m3)比表面 积( m2 /m3)空隙率性能特定SP 标 准 型扁丝0.1 0.41684750.9788性能介 于 DP 型和 HR 型 之间。 每 100mm 厚 的 网 垫 为 25 层丝网圆丝0.23320DP 高 效 性扁丝0.1 0. 31866260.9765除雾效 果最 好，但 压损较 大.每 100mm 厚 的 网 垫 为 32 层丝网圆丝0.19484HR扁0.1 0.413431

6、30.9875压损最高 穿 透 型丝小。每100mm 厚 的 网垫为 20 层 丝网圆丝0.23217HP 阻 尼 性圆丝0.080.221284030.9839可用于 消除或 减缓震 动的不 良后果注：（1）表中数据均为 304 不锈钢材质金属丝网 性能参数（2）堆积密度：除沫器网块的质量与其所占 空间体积的比值比表面积：多孔固体物质单位质量所具 有的内表面积与外表面积之和空隙率：散粒材料的堆积体积中，颗粒 之间的空隙体积占堆积体积的百分率对湿饱和蒸汽进行除雾，没有对压力损失的严格要求，为尽量将饱和蒸汽中的液体颗 粒滤除干净， 选用 DP高效型 过滤网，使用圆形网丝。2.1.3 丝网除沫器网

7、块厚度丝网除沫器网块的网层厚度分为 100mm 和 150mm 两种规格。如气体内雾沫含量较低 或除沫要求不高，可采用 H=100 mm的丝网除沫器；如其体内雾沫含量较高且除沫要求较 高，则需采用 150 mm的除沫器。为提高除沫效率，采用 150 mm厚度规格丝网除沫器2.2 丝网除沫器安装形式的选择丝网除沫器分上装式和下装式。 当人孔位于丝网除沫器的上方时， 选用上装式丝网除 沫器；当人孔位于丝网除沫器的下方时，则选用下装式丝网除沫器。根据储气容器的结构设计， 丝网除沫器应安装于人孔上方， 因此采用下装式安装结构。2.3 丝网除沫器尺寸的计算2.3.1 操作气速的计算操作气速即气体通过丝网

8、的速度，操作气速应选取适宜。操作气速过底，雾沫在气体 中的惯性太小，处于飘浮状态，通过丝网层时雾沫在丝网中飘浮而不能除净；操作气速太 高，聚集的液滴不易从丝网中下落，液体充满丝网，使被捕集的液滴又飞溅起来，又被气 体夹带走，造成液泛现象，从而降低除沫效率。操作气速与除沫效率的关系如下图所示。除沫效率m/s)1）计算液泛速度液泛速度计算公式为：KLg式中： Vf 液泛速度，即造成液泛现象的最低气流速度， m/sK 气液过滤网常数，与丝网网型有关，可参考下表进行选取网型常数 KSP0.201HP0.233DP0.198HR0.222L 工作温度及压力下，液体颗粒的密度， Kg /m3g 工作温度及

9、压力下，气体的密度， Kg /m32)计算操作气速求得液泛速度 Vf 之后，操作气速可用下式进行选择：Vg (0.21.0)Vf式中： Vg 操作气速， m/s操作气速的计算过程：湿蒸汽气源处的压力范围为 1.6-2.5 MPa ，经过自力式压力调节阀后流入储气罐。当 气源压力可以达到 2.5 MPa时，自力式调节阀的阀后压力可以稳定在 0.5至 2.0MPa。当气源 压力降为到 1.6 MPa时，自力式调节阀的阀后压力可以稳定在 0.5至1.3MPa。储气罐的压力 损失很小，因此自力式压力调节阀的阀后压力即可认为是饱和蒸汽流入储气罐时的压力。 则流入储气罐中饱和湿蒸汽的压力最高为 2.0Mp

10、a，最低为 0.5Mpa。湿饱和蒸汽中液体和气 体的密度值与压力值是一一对应的，因此需要分各压力情况计算液泛速度，然后取其交集 1.压力为 2.0Mpa时的操作气速当储气罐内压力为 2.0Mpa时，温度为215 C 。饱和蒸汽的密度 g为10.57Kg /m3，液体颗粒的密度为 846.55Kg / m3 ，选用DP高效型丝网， K 的值为0.198 。将以上数据代入公式可得VfK98 846.55 10.5798 10.571.76m/sVg (0.2 1.0)V f (0.2 1.0) 1.76 0.352m/s1.76m/s2.压力为 1.8Mpa时的操作气速当储气罐内压力为 1.8Mp

11、a时，温度为 210 C 。饱和蒸汽的密度 g 为9.593Kg /m3，液体颗粒的密度为 852.8Kg / m3 ，选用DP高效型丝网， K 的值为0.198 。将以上数据代 入公式可得L g 0.198 852.8 9.593 1.86m/ s g 9.593Vg (0.2 1.0)Vf (0.2 1.0) 1.86 0.372m/s 1.86m/s3.压力为 1.6Mpa时的操作气速当储气罐内压力为 1.6Mpa时，温度为204 C 。饱和蒸汽的密度 g为8.522Kg /m3，液体颗粒的密度为 857 Kg / m3，选用DP高效型丝网， K 的值为0.198 。将以上数据代入公式可

12、得L g 0.198 g857 8.522 1.98m /s8.522Vg (0.2 1.0)Vf (0.2 1.0) 1.98 0.396m / s 1.98m / s4.压力为 1.4Mpa时的操作气速当储气罐内压力为 1.4Mpa时，温度为198 C 。饱和蒸汽的密度 g为7.551Kg /m3， 液体颗粒的密度为 865Kg / m3，选用DP高效型丝网， K 的值为0.198 。将以上数据代入公 式可得g 865 7.551g 0.198 2.11m/ sg 7.551Vg (0.2 1.0)Vf (0.2 1.0) 2.11 0.422m/ s 2.11m/ s5.压力为 1.2M

13、pa时的操作气速当储气罐内压力为 1.2Mpa时，温度为192 C 。饱和蒸汽的密度 g为6.671Kg /m3， 液体颗粒的密度为 874Kg / m3，选用DP高效型丝网， K 的值为0.198 。将以上数据代入公式可得VfK L g 0.198 874 6.671 2.26m/ sf g 6.671Vg (0.21.0)Vf (0.21.0) 2.26 0.452m/s 2.26m/s6.压力为 1.0Mpa时的操作气速当储气罐内压力为 1.0Mpa时，温度为 184 C 。饱和蒸汽的密度 g为5.63Kg /m3，液体颗粒的密度为 882Kg / m3，选用DP高效型丝网， K 的值为

14、0.198 。将以上数据代入公式可得L g 0.198 882 5.63 2.47m/ s g 5.63Vg (0.2 1.0)Vf (0.2 1.0) 2.47 0.494m / s 2.47m/s7.压力为 0.8Mpa时的操作气速当储气罐内压力为 0.8Mpa时，温度为 175 C 。饱和蒸汽的密度 g 为4.618Kg /m3，液体颗粒的密度为 892.1Kg / m3 ，选用DP高效型丝网， K 的值为0.198 。将以上数据代 入公式可得Vf KL g 0.198 892.1 4.618 2.74m /s g 4.618Vg (0.21.0)Vf (0.21.0) 2.74 0.5

15、48m/s 2.74m/s8.压力为 0.6Mpa时的操作气速当储气罐内压力为 0.6Mpa时，温度为165 C 。饱和蒸汽的密度 g为3.671Kg /m3，液体颗粒的密度为 902.35Kg / m3 ，选用DP高效型丝网， K 的值为0.198 。将以上数据代入公式可得L g 0.198902.35 3.671 3.1m/ s g 3.671Vg (0.2 1.0)V f (0.2 1.0) 3.1 0.62m / s 3.1m/s9.压力为 0.5Mpa时的操作气速当储气罐内压力为 0.5Mpa时，温度为152 C 。饱和蒸汽的密度 g为2.679Kg /m3，液体颗粒的密度为 917

16、.1 Kg / m3 ，选用DP高效型丝网， K 的值为0.198 。将以上数据代 入公式可得VfK L g 0.198917.1 2.679 3.66m/s2.679Vg (0.21.0)Vf (0.21.0) 3.66 0.732m/ s 3.66m/s取以上各操作气速区间的交集，即丝网除沫器的操作气速范围为0.732m/ s 1.76m / s 。2.3.2 除沫器直径的计算丝网除沫器直径的计算，由所需的气体处理量和操作气速有关。圆形的丝网除 沫器，其直径由以下公式计算确定：D4QVg式中： D 丝网除沫器计算直径， mQ 丝网除沫器的气体处理量，即每秒钟通过丝网除沫器的气体体积， m3

17、 / sVg 操作气速， m/s除沫器直径的计算过程：1）饱和湿蒸汽流入储气罐可能出现的最大体积流量为21.4607090KKgg/m/h3 5225.83m3/h 1.45m3/s(14t/h，0.5 Mpa)真实情况下的最大气量可能会略小于这个数值。假设丝网除沫器最大气体处理量为 1.45m 3 / s ，为保证操作气速在0.732m / s 1.76m/ s 范围之内，由公式 D 4Q 可得，最大气体处理量时， Vg丝网除沫器的直径选择范围为：4 1.45 4 1.45 m D m 计算得： 1024mm D 1589mm1.76 0.732取最大直径的丝网除沫器直径为 1000mm，根

18、据公式 D 4Q 可得： Vg其能处理的最小气量为其能处理的最大气量为2(1.0m) 2 0.732m / s40.57m3/s；2(1.0m) 1.76m/s41.38m3 /s ；则1000mm丝网除沫器所能处理气量范围为： 0.57m3 / s 1.38m3 /s2）按设计计划，要求丝网除沫器的最小气体处理量为9.7Kg/h 3 3.6m3/h 0.001m3/s(0.0097t/h，0.5 Mpa)2.679 Kg/m 3按照公式 D4Q 计算的所需要的丝网除沫器直径选择范围为： g4 0.001m D1.764 0.001m0.732计算得： 27mm D 42mm但根据 HG/T

19、216181998标准，下装式丝网除沫器的最小直径为 700 mm ，由公式D4Q 可得，700 mm丝网除沫器可以进行有效除沫处理的最小气量和最 Vg大气量分别为2(0.7m)2 0.732m/s 0.28m3 /s2(0.7m)2 1.76m/ s 0.68m3 /s则700mm丝网除沫器所能处理气量范围为：0.28m3 /s 0.68m3/s3）为考虑安装 DN1000和DN700 mm两种尺寸的丝网除沫器。2.4 丝网除沫器除沫效果验算丝网除沫器的气液分离效率有两部分构成，分别是直接拦截分离效率和惯性撞击效 率。(1) 直接拦截气体流过丝网结构时 ,如果气体中的液滴大于丝网结构的孔径

20、, 它们将受到孔的拦截而 被分离出来。若液滴直接撞击丝网 ,它们也将被拦截。 直接拦截可以收集一定数量比其孔径 小的颗粒单网直接拦截效率计算公式为：1 1 2 R4 R5R 1 2(1 R)ln(1 R) (1 R) 1( 2R2 R R )2Ku1 R 2 21 2 3式中： Ku ln2 4 41 为丝网孔隙率dRDwd为液体颗粒的平均直径，m ； Dw 为丝网丝径， m(2) 惯性撞击液滴在流动的气体中具有质量和速度 , 所以它具有动量。当气体和它所夹带的液滴通过 丝网时 , 气体将选取阻力最小的通道流过 , 并且将顺着丝网结构改变方向 , 即流线发生偏折。 因为液滴具有动量 ,所以较大

21、液滴由于惯性作用仍然向前作直线运动 , 使位于气流中心或者 接近气流中心处的液滴投向或撞击到丝网上而被分离出来。 在气液分离中 , 惯性撞击对粒径 大于20 m 的大液滴所起的作用是比较明显的。当操作气速小于液泛速度时，单网惯性撞击捕沫效率计算公式为：IK式中：K 碰撞系数，d 2 LVg18 g Dw为与 和 R相关的参数，对应关系见下表R0.010.020.050.10.20.50.005 0.00076 0.00294 0.0176 0.038 0.2170.010.00090.003390.0208 0.0755 0.570.020.00110.00480.02550.0926 0.3

22、13 1.210.050.001570.00590.03650.1340.441.780.10.00230.008520.05280.1990.6242.36d 液体颗粒的平均直径， mDw 丝网丝径， 0.19 10 3 mg 气体动力粘度， Kg /m.sVg 操作气速L 工作温度及压力下，液体颗粒的密度， Kg /m3g 工作温度及压力下，气体的密度， Kg / m33) 当操作气速小于液泛速度时，丝网除沫器总的除沫效率计算公式为：E 1 1 C( R I)n ，式中：E 总除沫效率， 100%C 与丝网型式有关的系数网型系数 CSP0.16HP0.17DP0.15HR0.165n 丝网

23、层数1000mm 丝网除沫器所能处理气量范围与 700mm 丝网除沫器所能处理气量范围有交 集，且并集 0.28m3 / s 1.38m3 / s 。当处理气量 处于 0.28m3/s1.38m3 / s范围之内时，湿 蒸汽总能以合适的操作气速通过 DN1000mm或 DN700mm 的丝网除沫器，湿蒸汽中的液滴颗 粒可以被有效滤除，不必进行效果验算。对最小处理气量进行除沫效果的验算，按设计计划，丝网除沫器的最小气体处理量为0.001 m3 / s ，储气罐内压力为 0.5Mpa ，温度为 152 C 。饱和蒸汽的密度 g为2.679Kg / m3，液体颗粒的密度 L为917.1Kg /m3，

24、 系数C取0.15，每 个丝网除沫器丝网层数 n为45，d 取5 10-6m ，Dw 取 0.19 10 3 m， 蒸汽粘度 g取1.41 10 5 Kg / m.s ，湿蒸汽通过 1000mm除沫器的操作气速 Vg为0.0013m / s ，通过700mm除沫器的操作气速 Vg为0.0026m/ s 1湿蒸汽通过通过 1000mm 除沫器的除沫效率计算过程为：（1）单网直接拦截效率计算11 - 0.9765 0.0235R d 0.026R 2K12(1 R)ln(1 R) (1 R) ( 2R2R2 R2 ) 0.00086Dw2）单网惯性撞击捕沫效率计算2d L V g (5 10 6)

25、2 917.1 0.001318 g Dw 18 1.41 10 5 0.19 10 346.2 10 40.0048I K 0.0048 6.2 10 4 3 10 6（3）总效率计算E 1 1 C（ R I ） n1 1 0.15 （0.00086 3 10 6） 450.362湿蒸汽通过通过 700mm 除沫器的除沫效率计算过程为： （1）单网直接拦截效率计算11- 0.9765 0.0235R d 0.026 DwKu 1 ln 3 1.15 u 2 4 42Ku 2(1 R)ln(1 R) (1 R)11R( 2R2R 4 R 5R2 R2 ) 0.000862)单网惯性撞击捕沫效率

26、计算d 2 LVg (5 10 6)2 917.1 0.0026K 5 3 12. 4 1018 g Dw 18 1.41 10 5 0.19 10 30.0048I K 0.0048 12.4 10 4 6 10 6 3)总效率计算E 1 1 C( R I ) n6 451 1 0.15 (0.00086 6 10 6) 450.363通过两层丝网后的除沫效率为0.36 0.36 （1- 0.36） 0.592.4 丝网除沫器压损的计算2fVg2H g (1 )9.81气体通过丝网除沫器后的压降损失可以通过以下公式进行计算， 一般要求丝网除沫器 的的压降损失控制在 250-500 Pa 以下。Gc Dw式中： p 压力损失， Paf 丝网对气体的摩擦系数，对于金属丝网，一般可以取 1.5Vg 操作气速，取 1.584m / sH 丝网厚度，取 0.15mg 气体密度，取 10.57Kg /m3丝网孔隙率，可参照下表进行选取网型空隙率SP0.9788HP0.9839DP0.9765HR0.9832Gc 重力加速度，取 9.8m/s2