清焦蝶阀的多组分气流数值模拟及流道优化设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com石油与天然气化工第37卷第5期CHEMICALENGINEERINGOFOIL＆GAS373清焦蝶阀的多组分气流数值模拟及流道优化设计康忠平赖喜德刘国强(1．西华大学能源与环境学院2．成都华西化工科技股份有限公司)摘要为了提高清焦蝶阀的抗焦化能力和对其清焦的蒸汽流道进行优化设计，根据清焦蝶阀的工作原理和运行参数采用ANSYSCFX对蝶阀清焦流道的蒸汽和石脑油裂解气体进行多组分数值模拟。通过多组分数值模拟掌握蝶阀密封区域的气体组分情况来判断抗焦化能力和指导清焦蝶阀流道优化设计。对3种清焦蝶阀流道布置通过数值模拟对比分析，综合考虑清焦

2、蝶阀的结构工艺性．确定了优化设计方案，通过试验验证已很好地解决输送介质过程中出现的焦化问题，为此类蝶阀的设计奠定了基础。关键字清焦蝶阀多组分数值模拟流道优化设计ANSYSCFX三偏心结构设计蝶阀因具有摩擦小、密封性能的流道设计。为了解决清焦蝶阀流道设计问题，本高，可靠性强等特点，被广泛应用于化工、石油、天然文通过多组分数值模拟掌握蝶阀密封区域的气体组气等行业。当蝶阀中通过石脑油裂解气体介质分情况来判断抗焦化能力，以指导清焦蝶阀流道优时，石脑油裂解气体的粘性很大，蝶阀需要采用清焦化设计，对减少蝶阀的设计周期及试验工作量和费措施来防止出现焦化问题。为了提高清焦蝶阀的抗用

3、，解决清焦流道优化设计问题，提高设计可靠焦化能力，在三偏心蝶阀结构上再加上特殊的高温性，具有重要意义。高压蒸汽流道，通过高温高压蒸汽流来防止阀板和l蜾阀几何结构及流动理论模型密封区域的焦化，即在阀体的周围合理分布高温高1．1清焦蝶阀几何结构及蒸汽流道压蒸汽来清除阀座上和密封区域的粘性流体介质。如图l所示，清焦蝶阀采用三偏心结构设计，即其清焦流道的几何参数、布置方式与清焦蝶阀的结构设计、清焦效果、工作参数等相关。清焦蝶阀的性在双偏心蝶阀的基础上再增加一个倾角，经过最优能对整个化工设备的正常运行都有重要的影响，优化设计使密封处的摩擦力进一步下降。由于采用面化设计对降低蝶

4、阀的运行费用，减少裂解气体的泄密封的结构使接触应力分布均匀、密封更加可靠。漏和降低蒸汽的使用量以及保护环境都有重要意对于三偏心结构的蝶阀，由于轴向偏心距c的存在，义。由于此类蝶阀流道设计计算问题复杂，加工难保证了蝶阀密封面是一个完整连续的锥面，且该密度大，长期以来依赖进口。进口产品不仅价格昂贵，封面的几何中心容易确定，降低了密封面加工制造而且没有自主知识产权，因此，通过攻关自主研制是的难度。若密封面为正圆锥面，则由于蝶阀密封面非常必要的。对这类清焦蝶阀的研制，传统的方法的回转半径大于阀座密封面相应部位的半径，从而是多方案设计，通过试验修改，不但耗费大量时间和在关闭时

5、蝶板密封表面不能进入阀座，即产生“干资金，而且结果的准确性很难保证。常规的三偏涉”现象，而采用偏心角‘p的锥面即所谓圆锥斜切心结构蝶阀的设计制造技术国内已基本掌握，作为可以解决这个问题。清焦蝶阀设计，其难点在满足工作参数和清焦要求本文主要讨论清焦蝶阀蒸汽流道的结构尺寸与+基金项目：I~lJl』省教育厅自然科学基金重点项目(07ZA116)；la)iI省重点学科建设项目(SZD0412一1)。学兔兔www.xuetutu.com374清焦蝶阀的多组分气流数值模拟及流道优化设计2008布置方式优化设计，蒸汽流道的设计决定着密封阀+V．(puk)_V．+]+门和气体介质是

6、否产生焦化。蒸汽流道设计示意图如图2。P一JB(1)+p)=V．[(+)V]+(1一F)2p=1VKV+3P一P3pto(2)0。n，Z式中，F为湍流混合作用系数，K为湍流动能，质流向方程中的有关符号意义及其系数可见参考文献[7]，其中：3=Fll+(1一F．)2

7、B=0．09l=5／9，JB1=0．075，l=2orl=2，2=0．44，2=0．0828，1一阀板；2-阀座；3-阀体；4-N轴2=1，or2=1／0．856图清焦蝶阀三偏心结构设计BSL模型具有Wilcox和k一￡的优点，但是还是不适合预测起始表面分离流的发生和数量，主要轰原因是两个模型都没有解决对

8、输运湍流剪切力精确气体求解，导致对粘性漩涡的过度预测。更加精确的输介质运特性表述只能通过粘性漩涡方程对其进行限上制：n．k图2¨蒸汽流道设计剖面示意vf．丽(3)采用进口蒸汽绕阀体一周再进入阀体的目的是其中：vl=／p尽量使蒸汽均匀进入，尽可能采用较少的蒸汽达到F是混合作用系数，和F相似，受边界条件的防止焦化的效果，过多的蒸汽进入对石脑油裂解气限制，并且假定不适用剪切流。体的性质有很大的影响，因此需要控制蒸汽的进入S：可变的应力比例系数，量。本文采用CFD软件模拟高压蒸汽的流动状态，FI=tanh(arg)通过改变管道布置、个数以及流道的尺寸，探索蒸汽一rnax