煤液化多相流分離冷換過(guò)程固相漂移機(jī)理及磨損預(yù)測(cè)方法研究.pdf

1、隨著石油供需矛盾的日益尖銳，發(fā)展煤液化工程已成為緩解石油危機(jī)、保障能源戰(zhàn)略安全的重要保障。煤直接液化作為煤炭深加工的核心技術(shù)，其工藝全過(guò)程涉及煤粉、礦物質(zhì)、催化劑等固相的多相流傳輸，頻繁因顆粒漂移引發(fā)沉積堵塞及磨損等失效問(wèn)題，且失效機(jī)理極為復(fù)雜。因此，開(kāi)展煤直接液化分離冷換過(guò)程的固相漂移機(jī)理研究，建立顆粒沉積和磨損失效的量化評(píng)價(jià)方法，是提高煤直接液化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行安全的重要途徑。
　　本文以煤直接液化工藝中分離冷換過(guò)程的顆粒漂移、

2、沉積及磨損失效為研究對(duì)象，提出基于顆粒漂移的沉積和磨損量化表征預(yù)測(cè)方法;開(kāi)展氣固兩相流沖擊磨損特性的性能試驗(yàn)，建立顆粒磨損修正的數(shù)理模型，并對(duì)結(jié)果使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行相關(guān)分析與預(yù)測(cè)。論文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下三個(gè)方面:
　　(1)基于熱高壓分離器結(jié)構(gòu)特性和多相流物性參數(shù)，研究顆粒相的漂移運(yùn)動(dòng)行為，提出顆粒漂移量化表征方法;采用VOF(Volume of Fluid)模型和DPM(Discrete Phase Model)模型，

3、計(jì)算分析了進(jìn)口固相質(zhì)量濃度ψ、顆粒粒徑dp對(duì)氣相出口及液相出口固相顆粒分布特性的影響;基于數(shù)值仿真獲得了靜態(tài)分離擋板五種傾斜角度α下的熱高分罐內(nèi)速度場(chǎng)、顆粒平均濃度場(chǎng)及氣相出口顆粒漂移率的分布規(guī)律，提出了降低氣相出口顆粒漂移率φ的優(yōu)化方案。
　　(2)根據(jù)熱高壓仿真模擬建立的顆粒漂移運(yùn)動(dòng)方法，以相關(guān)的冷換設(shè)備—空冷器為研究對(duì)象，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特性、運(yùn)行工況、物性參數(shù)，采用Mixture模型和DPM模型，數(shù)值預(yù)測(cè)多相流動(dòng)環(huán)境下空冷器管柬

4、內(nèi)的顆粒漂移沉積特性，提出以液相分率、顆粒停留時(shí)間及沉積速率作為顆粒漂移沉積規(guī)律的表征參數(shù)，數(shù)值預(yù)測(cè)的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域與工程現(xiàn)場(chǎng)堵塞沉積失效情況基本吻合，驗(yàn)證了該數(shù)值方法的正確性，從而建立基于顆粒漂移運(yùn)動(dòng)的沉積預(yù)測(cè)方法。
　　(3)采用激波脈沖式氣固兩相流顆粒磨損特性試驗(yàn)裝置開(kāi)展不同顆粒類型、尺寸和沖擊速度條件下的顆粒對(duì)材料表面的磨損特性研究，確定沖擊角函數(shù)、相對(duì)磨損率及速度指數(shù)等重要參數(shù)，建立修正的顆粒磨損數(shù)理模型;根據(jù)熱高壓仿真模擬

5、建立的顆粒漂移運(yùn)動(dòng)方法，結(jié)合實(shí)際彎管結(jié)構(gòu)特性和物性參數(shù)，數(shù)值分析基于顆粒漂移的彎管壁面磨損規(guī)律，其結(jié)果與超聲波測(cè)厚的管壁減薄區(qū)域基本一致，并對(duì)結(jié)果使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行相關(guān)分析與預(yù)測(cè)，從而建立基于顆粒漂移運(yùn)動(dòng)的磨損預(yù)測(cè)方法。
　　本文的創(chuàng)新性在于建立了煤直接液化過(guò)程中相關(guān)分離冷換設(shè)備的顆粒漂移預(yù)測(cè)研究體系，揭示了復(fù)雜工藝過(guò)程關(guān)聯(lián)作用下顆粒運(yùn)動(dòng)及失效機(jī)理，提出了表征顆粒沉積及磨損的關(guān)鍵特征參數(shù)，形成了基于顆粒漂移運(yùn)動(dòng)的沉積和磨損預(yù)