有相变时的压降计算

有相变时的压降计算1）汽化段炉管工艺计算的内容汽化段炉管内的流动属于气一液两相流，并且，气相和液相的量和物性随行程的增加而变化，这种变化取决于油料的相平衡关系和汽化段沪管的吸热量，因此，汽化段炉管流体力学计算应与相平衡和热平衡计算同时进行。取一管段长△!_，其出口条件是压力pl、温度t1和汽化率el，入口条件是p2、t2和e2。传入管段内的热量为Q，如图6-2所示。一般情况下，出口条件p1、t1和el及传入管段内的热量Q是已知的，计算所求的入口条件p2、t2、e2必须同时满足相平衡、热平衡和压力平衡三者。水平管内气液两相流的总压降^p可分为两部分，即由摩擦引起的压降^pf和加速度（出入口处的流速不相等）引起的压降Apke：在垂直管中，气液混合向上流动时，除要产生摩擦压降Zpf和加速度压降Apke外，还由于位能的增加引起相应的静压降如ApH。在单相流中，液体在向上流动中取得的位能和它克服静压头而消耗的能量相等；而在气液两相流中，由于存在气、液间的滑脱现象，将消耗一部分能量，故流体取得的位能总小于克服静压头而失去的能量。Apf不计算这部分能量损失，而将这部分能量与位能合并成为静压降ApHo于是总压降为：△p二如+匀临+匀H(6-IS)就摩擦压降的计算而言，气液两相流要比单相流复杂得多。这是因为对气液两相流没有直接的类似于图6-1的摩捺系数与雷诺数之间的关系图表，并且，气相和液相的流速一般是不相同的，它们之间存在着相对运动，这会产生内摩擦损失而使压力降低。另外，由于液相滞留量的存在，使管内实际流通截面积减小，也会使压降增加。在垂直管内，液相在炉管内连续不断地上升和下降，也会消耗能量而形成压力降低。由此可见气液两相流压降计算的复杂性。随气相流速和液相流速的不同，气液两相流可能呈现完全不同的流型。为了计算气液两相流的摩擦压降，需要有划分流型的图或关联式，从而建立起滞留量与压降计算的关联式。在静压降计算中除计算位能变化而引起的压降外，还需计算由于滞留现象而使“实际”密度增加所引起的压降。另外，为了避免油料局部过热而裂解，也必须保证汽化段炉管内具有良好的流型。在设计计算中，可以改变管径，以保证流型符合要求。因此流型判别也应是汽化段炉管计算的内容。有些纯加热型管式炉对油料温度要求比较严格。为了避免油料裂解而影响产品质量，要求油料温度不超过显著裂解的温度;而为了提高侧线产品的收率，又要求油料出炉时具有足够高的热熔。要同时满足这两方面的要求，往往采取扩径和注汽的办法。汽化段注人相当数量的水蒸气，可以降低油汽分压，提高汽化率。由于汽化潜热相当大，所以提高汽化率可以使热熔明显增加而不必增加油料温度。扩大炉管直径，可以减少汽化段压降，使油料在较低的温度和压力下开始汽化，同时，在相同温度下，由于压力降低，汽化率可以提高。当管内计算流速接近临界流速时，更应该扩大管径，以避免压降急剧增加。因此，汽化段炉管设计计算中，应进行临界流速计算，以便及时扩大管径，降低流速。但在扩径管的始端.流速骤然降低后容易出现不理想的流型，应进行流型判别计算，以避免管径扩大得太多。由于压力降计算以每一微小管段出、入口平均条件下的物性参数为准进行，必须反复猜算才能求得正确的结果力降推荐的计算方法是还必须避免物性参数非线性变化带来的误差，因此对汽