丝网除沫器的设计计算

1、储气气液分离容器的工艺计算1. 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 m 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 m 5

2、m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 丝网除沫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 m 的液体颗粒称为雾；直径介于 10 m 1000 m 的液体颗粒称为沫；直径>1000 m 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 m 5 m 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

3、修方便、使用寿命长等优点。其工作原理如图所示。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250-500 Pa 。2. 丝网除沫器的工艺

4、设计2.1 丝网除沫器材质及网型的选择2.1.1网丝材质的选择丝网材料可采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、镍及镍合金、铜、铝、碳钢、钽、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1000 C -1200 C 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2.1.2网丝网型的选择根据 HG/T216181998 标准，丝网除沫器用气液过滤网规格有： SP（标准型）、DP（高效性）

5、、 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示。SP 气液过滤网DP气液过滤网HRHP气液过滤网网型丝径堆积密度比表面积空隙率性能特定（ mm）( Kg / m3 )( m2 / m3 )扁丝0.1 ×0.4475性能介于DP型和 HR型之间。SP标准型圆丝0.231683200.9788每 100mm厚的网垫为25层丝网扁丝0.1 ×0. 3626除雾效果最好，但压损较大 .DP高效性圆丝0.191864840.9765每 100mm厚的网垫为32层丝网HR高穿透扁丝0.1 ×0.4313压损最小。每1340.9875100

6、mm型圆丝0.23217厚 的 网垫为 20层丝网可用于消除或HP阻尼性圆丝0.08 0.221284030.9839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

7、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 150mm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

8、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（ %）1009080706050（ 1）计算液泛速度液泛速度计算公式为：液泛速度操作气速（ m/s）LgV fKg式中： V f 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 / m3 g 工作温度及压力下，气体的密度， Kg /

9、m3（ 2）计算操作气速求得液泛速度 V f 之后，操作气速可用下式进行选择：Vg(0.2 1.0)V f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2.0Mpa，最低为 0.5Mpa。湿饱和蒸

10、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 215C 。饱和蒸汽的密度g 为10.57 Kg / m3 ，液体颗粒的密度为 846.55 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V fKLg0.198 846.55 10.571.76m / sg10.57Vg(0.2 1.0)V f(0.2 1.0) 1.76 0.352m/ s 1.76m/ s2.压力为 1.8Mpa时的操作气速当储气罐内压力为 1.8Mpa时，温度为

11、210C 。饱和蒸汽的密度 g 为9.593 Kg / m3 ，液体颗粒的密度为 852.8 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V fLg852.8 9.593K0.1981.86m / sg9.593Vg(0.2 1.0)V f(0.2 1.0) 1.860.372m/ 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8.522 Kg / 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

12、入公式可得V fKLg0.198 857 8.5221.98m / sg8.522Vg(0.2 1.0)V f(0.2 1.0) 1.980.396m / 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 198C 。饱和蒸汽的密度g 为7.551 Kg / m3 ，液体颗粒的密度为 865 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V f KLg0.198865 7.5512.11m / sg7.551Vg (0.2 1.0)V f(0.2 1.0)2.11 0.422m/ s 2.11m / s

13、5.压力为 1.2Mpa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6.671 Kg / m3 ，液体颗粒的密度为 874 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V f KLg0.198874 6.6712.26m / sg6.671Vg (0.2 1.0)V f(0.2 1.0)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 5.63 Kg / m3 ，液体颗粒的密度为 882 Kg

14、 / 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V fK0.1988825.632.47m / sLgg5.63Vg (0.2 1.0)V f(0.2 1.0)2.470.494m / 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4.618 Kg / m3 ，液体颗粒的密度为 892.1 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Lg892.1 4.618V f K0.1982.74 m / sg4.618Vg(0.2

15、 1.0)V f(0.2 1.0)2.740.548m/ 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165C 。饱和蒸汽的密度g 为3.671 Kg / m3 ，液体颗粒的密度为 902.35 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V f KLg0.198902.35 3.6713.1m / sg3.671Vg (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 152C 。饱和蒸汽的

16、密度 g 为2.679 Kg / m3 ，液体颗粒的密度为 917.1 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V fKLg0.198 917.1 2.6793.66m / sg2.679Vg(0.2 1.0)V f(0.2 1.0) 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：4QDVg式中： D 丝网除沫器计算直径

17、，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 / 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14000 Kg / h5225.83m3 / h 1.45m3 / s （14t / h， 0.5Mpa ）2.679 Kg/m 3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1.45m3 / s ，为保证操作气速在0.732m / s 1.76m / s 范围之内，由公式 D4Q可得，最大气体处理量时， 丝网除沫器的直径选择范围为：Vg41.4541.45m计算得： 1024mm D

18、1589mmmD0.7321.764Q可得：取最大直径的丝网除沫器直径为 1000mm ，根据公式 DVg其能处理的最小气量为(1.0m)20.732m / s0.57 m3 / s ；4其能处理的最大气量为(1.0m) 21.76m / s1.38m3 / s ；4则 1000mm丝网除沫器所能处理气量范围为：0.57m3 / s 1.38m3 / s（ 2）按设计计划，要求丝网除沫器的最小气体处理量为9.7Kg / h3.6m3 / h 0.001m3 / s （ 0.0097 t / 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：

19、Vg4 0.001m D4 0.001m1.760.732计算得： 27mm D42mm但根据 HG/T 216181998标准，下装式丝网除沫器的最小直径为700mm，由公式4QD可得，700mm丝网除沫器可以进行有效除沫处理的最小气量和最大气量Vg分别为(0.7m)20.732m / s0.28m3 / s4(0.7m)21.76m / s0.68m3/ s4则 700mm丝网除沫器所能处理气量范围为：0.28m3 / s 0.68m3 / s（ 3）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

20、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 , 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：R1 2(1R) ln(1 R) (1R)1( 2R2R4R5)2K u1R22123ln式中： K u4241为丝网孔隙率dRd 为液体颗粒的平均直径，m ； Dw 为丝网丝径， mD w（ 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

21、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：I K式中：d 2LVgK 碰撞系数， Kg D w18为与和 R 相关的参数，对应关系见下表R0.010.020.050.10.20.50.0050.000760.002940.01760.06380.2170.010.00090.003390.02080.07550.2570.0

22、20.00110.00480.02550.09260.3131.210.050.001570.00590.03650.1340.441.780.10.00230.008520.05280.1990.6242.36d 液体颗粒的平均直径，mDw 丝网丝径， 0.1910 3mg 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 / m3（ 3）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：E11C( RI )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 CSP0.16H

23、P0.17DP0.15HR0.165n 丝网层数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 / s 1.38m3 / 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 152C 。饱和蒸汽的密度g 为 2.679 Kg / m3 ，液体颗粒的

24、密度3系数 C取，每个丝网除沫器丝网层数为， d 取L 为 917.1 Kg / m ，0.15n455 10-6 m ， Dw 取 0.19 10 3m ，蒸汽粘度 g取1.4110 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 0.0026 m/ s1湿蒸汽通过通过1000 mm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 - 0.97650.0235Rd0.026D w123K uln21.1544R1 2(1 R) ln(1R) (1 R)1( 2R2R4R5) 0.000

25、862K u1R22（2）单网惯性撞击捕沫效率计算d2LVg（510620.0013K） 917.16.210418g D w181.4110 50.19 10 30.0048IK0.00486.210 4310 6（3）总效率计算E11 C(RI ) n110.15(0.00086 3 10 6 ) 450.362湿蒸汽通过通过700 mm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 - 0.97650.0235Rd0.026D w1 ln23K u41.1524R1 2(1 R) ln(1 R) (1 R)1( 2R2R4R5) 0.000862K u1 R22（2）单网惯

26、性撞击捕沫效率计算d2LVg（510620.0026K） 917.112.410418g D w181.4110 50.19 10 30.0048IK0.004812.410 4610 6（3）总效率计算E11 C(RI ) n110.15(0.00086 6 10 6 ) 450.363通过两层丝网后的除沫效率为0.360.36 （1- 0.36） 0.592.4 丝网除沫器压损的计算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。pfVg2 Hg (1)9.81Gc 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 1.584 m / sH 丝网厚度，取0.15 mg 气体密度，取10.57 Kg / m3丝网孔隙率，可参照下表进行选取网型空隙率SP0