【正文】 2 浮閥塔的運行故障 及其 原因 塔設備的運行故障可以分為兩種，一種是可以累積性的，另一種是突發(fā)性的。許多新型的浮閥被開發(fā)應用， 組合導向浮閥塔板、采用 U型帶翼結構的 SUPERV 型浮閥塔板、閥頂開孔的 ADV 微分浮閥塔板等，與傳統(tǒng)的 F1 型浮閥相比，它們在提高效率、增強生產能力、改善整體性能方面有很明顯的突破。浮閥塔是在 19 世紀 50年代走入化工設備發(fā)展史的，與前兩者相比它具有 氣液接觸狀態(tài)良好，并且氣體延水平方向吹入液層因而霧沫夾帶較小，塔板的效率高和操作彈性大，塔板效率可 以在較寬的氣相負荷范圍內保持一定的穩(wěn)定的優(yōu)點。塔設備有板式塔和填料塔兩類，其中板式塔在化工塔設備的發(fā)展史上出現(xiàn)的較早而且應用廣泛。但由于各個環(huán)節(jié)可能會出現(xiàn)的未嚴格按標準執(zhí)行的情況以及自然環(huán)境等不可控因素，設備故障在每個化工生產地都頻頻發(fā)生，甚至在全國范圍內也經常發(fā)生生產事故，輕則影響生產 效益重則對當?shù)刈匀画h(huán)境產生破壞或危及職工甚至是當?shù)鼐用竦娜松戆踩? 命名 A=比表面積， =在恒定壓力下的比熱， D=擴散系數(shù)， d=直徑， E=東部中心節(jié)點 e=有效性；東部邊界節(jié)點 G=質量流速， H=傳熱系數(shù)， =傳質系數(shù)， I=焓， =潛熱， K=導熱系數(shù)， L=長度， =劉易斯因子， Me=默克爾數(shù)， N=北部中心節(jié)點 n=北部邊界節(jié)點；組成單元的數(shù)量 P=中心節(jié)點 p=壓力， r=半徑， ；坐標 S=南部中心節(jié)點 s=南部邊界節(jié)點 T=溫度， v=速度， W=西中心結點 w=濕度比， 水蒸氣／ 干空氣；西邊界節(jié)點 x=坐標 z=坐標 希臘字母 =微分 =液滴如射角，度 =密度， =相對水平線的流動角，度；相對濕度 下標 a=空氣 BC=邊界條件 Counter=逆流 Cross=橫流 d=液滴 fl=填料 i=入口；網格的行指標 j=網格列指標 m=平均 o=相對于 s=飽和的 ss=過飽和的 T=終端 v=水蒸氣 w=水 縮寫 CFD=流體動力學計算 NTU=傳熱單元數(shù) UDF=用戶自定義函數(shù) 浮閥塔的運行故障和檢查維修 1 塔設備檢查維護的重要意義 化工設備在工業(yè)生產過程中不可避免地會出現(xiàn)損傷和故障，如果沒有及時發(fā)現(xiàn)可能會導致生產效率下降、產品質量不合格、瞬間壓力過大引發(fā)爆炸、有毒氣體泄漏、火災等等一系列事故。 總之，在本節(jié)建立的歐拉 FLUENT 模型提供了一種用各向同性填料阻力預測濕式冷卻塔性能的改進方法，這使得冷卻塔性能可以得到更好的優(yōu)化。驗證這些模型需要通過比較采用單液滴平均默克爾數(shù)獲得的結果和拉格朗日 FLUENT結果。 圖 7如圖 6所示范圍的氣流角為 等高線 8 結果和結論的總結 完善二維計算模型和 FLUENT 歐拉模型是為了估計橫 逆流中的填料性能或 估計使用一個新提出方程的斜氣流條件，通過對完全橫流和逆流默克爾數(shù)采用線性插值法來確定橫 逆流默克爾數(shù)。這些差異可以歸因為不同的數(shù)值方法產生不同的網格尺寸；平均默克爾數(shù)的微小差異；熱物理學性能的處理； FLUENT 模型中空氣的速度是恒定的；還有傳熱和傳質系數(shù)之間聯(lián)系的差異。為了驗證網格獨立性，表 4中給出了對于不同網格尺寸的當前計算模型所獲得的結果，在那里可以看到，對于二維傳熱傳質，一階離散性的網格尺寸必須顯著降低。網格大小的差異歸因于二階離散化概形和更先進的用于計算模型中相對的一階離散化 FLUENT 的 數(shù)值方法，這導致在 FLUENT 中使 網格獨立性更快地達到。 正氣流角的 Me 值輸入到當前計算模型中用來確定平均冷卻范圍，干球溫度變化，和在 x 和 z 方向上濕度比的變化，如表 2 中給出的一個 尺寸為 計算網格對應的結果。 表 1單液滴終端下落速度和不同氣流角的默克爾數(shù) 結果與式（ 37）內插入值比較，從中可以看出，確切值和內插值（流體角為）之間的最大絕對偏差大概是 。 ?當前模型結果與相應的拉格朗日 FLUENT 結果進行比較。 基本程序驗證了當前模型，如下所示： ?針對一滴下落穿過空氣的液滴，測定平均逆 橫流默克爾數(shù)和橫 逆流默克爾數(shù)，并與通過方程（ 37）得到的默克爾數(shù)進行比較。 圖 6用于比較不同模型的計算區(qū)域（所標尺寸一毫米微單位） 需要使用下列輸入值：進水質量速度 ,以獲得最大的傳熱和傳質同時還提供不飽和空氣出口條件；初始液滴速度 ；液滴相對水平線的入射角；單分散液滴直徑 ；絕對氣速 ；相對水平線的不同的氣流角（ U）；大氣壓 ；環(huán)境溫度 ；相對濕度；還有進水溫度 。對于單向氣流，目前的模型中氣流方向是固定的；然而，對于拉格朗日 FLUENT 模型計算，氣流速度和方向分別固定在 x 和 z 方向。從單液滴位移模型觀察到，對于直徑 d＞ 5mm 液滴的水平位移是同樣有效的，因為它們具有相同的終端速度。 因此，根據(jù)性能特性提出了一種方法，并且使用拉格朗日 FLUENT 模型，在已知 均勻傳熱和傳質系數(shù)，一個矩形傳送區(qū)，和單向流的情況下 獲得數(shù)據(jù) 。路透社 [9]研究表明，通過使用單分散性的拉格朗日離散相模型， FLUENT 可以有效地預測任意給定的組合流動方 式的淋水區(qū)性能。為了驗證模型結果，需要全部三個流體裝置的填料性能特性和數(shù)據(jù)。水溫和由于蒸發(fā)改變的質量流速數(shù)據(jù)是直接從 UDF 獲得的。 上述用戶定義 的 能量和水蒸汽質量源項，出現(xiàn)在能量和物質傳輸方程中并通過 FLUENT 求解 。為了獲得最大限度的數(shù)值計算精度，對所有的控制方程采用二階離散化。 如果空氣在填料一點是過飽和的，就必須替代上述非飽和空氣方程求解過飽和空氣控制方程。 在填料空氣入口邊界，組成單元表面節(jié)點上，從指定或測量的數(shù)據(jù)已知空氣溫度值和空氣的相對濕度值。選擇這些方程，是由于它們被用于評估橫流和逆流填料性能數(shù)據(jù)以及比較FLUENT 的結果。選擇這種方法主要由于它的簡單性。對于這 些模型，要考慮圖 5 顯示的一個橫 逆流填料的計算網格（它被均分成三段或是對于例證顯示的在垂直和水平方向上的組成單元）。 因此為了找到一個合適的斜氣流下的填料默克爾數(shù)，建議采用基于氣流絕對速度的橫流和逆流默克爾數(shù)之間的插值，使用下面的公式： 這里的氣流角 ，是相對水平線的角度。這些差異主要是由于沿空氣流動路徑的填料幾何形狀的變化，以及由于液滴附加豎向阻力造成的水較長時間停留在逆流狀態(tài)，這是受到了在點滴式填料中增加界面表面區(qū)域的影響。 圖 4一個方形冷卻塔每單位寬度的橫 逆流區(qū)域控制體積 通過采用與上述圓形塔相同的方法，干空氣的質量平衡給出了： 其它控制方程與軸對稱冷卻塔的環(huán)形控制方程類似，其中唯一的區(qū)別是徑向坐標r被笛卡爾坐標 x代替，因此方程（ 6）成為： 并且式（ 11）保持不變， 方程（ 17）成為 : 方程（ 18）寫成如下 : 現(xiàn)在假定空氣是過飽和的，干空氣質量平衡給出了相同的方程為式（ 27），但水的質量平衡產生： 方程（ 29）成為 : 方程（ 30）成為 : 方程（ 31）寫成 : 4 橫 逆流填料默克爾 數(shù) 要解出上述圓形和方形濕式冷卻塔控制方程，唯一剩下未知的是填料傳輸特性或默克爾數(shù)，定義為： 默克爾數(shù)從填料測試裝置測定的填料性能測試數(shù)據(jù)中獲得，并且通常用和 表達的方程表示。 方程（ 18）表示為： 確認空氣過飽和之后，通過將組成的相對濕度和組成在干球溫度下的飽和空氣的相對濕度進行比較，一個類似的過程（如對不飽和的空氣的敘述），得出下面的方程（ 19） – （ 26）。 然而水質量平衡產生以下微分方程，其中右邊最開始的兩項代表由空氣帶來的大部分水蒸氣，最后兩項代表氣流外 凝結出的水霧。最后，需要確定填料傳輸特性或默克爾數(shù)，這可以通過公式（ 37）得到。然后，替代式（ 3），（ 6），和（ 7）并且由劉易斯因子的定義給出了式（ 12）的第一行并重新排列，得到以下于空氣溫度微分方程的部分： 替代式（ 7）代入式（ 6）確定空氣濕度比微分方程，獲得： 為解出上述一個給定類型的填料控制方程，按規(guī)定對于每個入口邊界組成，需要從實驗數(shù)據(jù)或 CFD數(shù)據(jù)獲得水溫、空氣溫度和空氣相對濕度的邊界值。填料的傳輸特性，是由新提出的經驗默克爾數(shù)（ Me）關系決定，方程（ 37）。因此圖 3中控制體積的水質量平衡可以求微分并替代式（ 3）獲得下面的微分方程： 因此圖 3中控制體積的水質量平衡可以寫作： 式（ 4）兩邊各除以 得到： 使 ， 微分并替代式（ 3）獲得下面的微分方程： 由被默克爾 [4]使用的傳質速率的定義，蒸發(fā)速率也可以表示為： 這里 由經驗默克爾數(shù)關系確定的，式 [37]。 圖 2軸對稱圓形濕式冷卻塔的基本控制體積 圖 3圓形冷卻塔中橫 逆流填料區(qū)域的基本控制體積的垂直剖面 上述控制體積量產生的干空氣的質量平衡： 式（ 1）兩邊各除以 ： 使 得到 假設徑向水質量速度為 ，這是因為在一個填料中的水流基本上是垂直向下的，而且氣流轉移到水的水平動量是未知的。 2 圓形冷卻塔填料的傳熱傳質控制方程 圖 2中圓環(huán)代表一個軸對稱圓形濕式冷卻塔填料區(qū)域的基本控制體積。比較兩個數(shù)值模型的結果，并用 FLUENT 歐拉 拉格朗日模型和單液滴模型進行驗證。對于歐拉 FLUENT 模型，建立 UDF 來計算水溫，能量源項，以及計算網格的每一個組成單元的氣相質量源項（來自當?shù)氐目諝馑俾剩諝鉁囟?，和水蒸氣質量分數(shù)的數(shù)據(jù)。選擇該數(shù)值方法主要是因為它比較簡單。 用 MathCAD 工程計算軟件編程得到的一個計算模型，采用用戶自定義函數(shù)（ UDF）程序得到計算傳熱傳質的歐拉 FLUENT 模型，開發(fā)這兩個模型來模擬填料性能。求解這些方程，需要橫 逆流傳輸特性或默克爾數(shù)， 而它們不能用現(xiàn)有的填料試驗設備測量獲取。導出控制基本偏微分方程，確定冷卻水的溫度，水蒸發(fā)率，空氣溫度，飽和及過飽和空氣在二維橫流 逆流填料中的空氣濕度比。 但是當應用 CFD 模擬有各向異性阻力填料的自然通風濕式冷卻塔性能時，需要兩維或三維模型確定填料性能。 gener的分析方法，使用商業(yè) CFD代碼能模擬自然通風濕式冷卻塔的性能。沒有一個模型可以確定空氣出口溫度和濕度，要求這些模型與 CFD 分析直接比較，并且它們因為流動構型而收到限制。gener[5]，還有 eNTU[6]分析法的逆流式填料模型的批判性評估，并且提出了一個由波佩 和 Ro168。 Kloppers 和 Kro168。因此橫 逆流式填料的默克爾數(shù)和損失系數(shù)的值就會在完全的逆流式填料和完全的橫流式填料之間。的急轉彎。 關鍵詞：冷卻塔，填料，填充，默克爾數(shù)，性能，模擬， CFD 1 引言 濕式冷卻塔中點滴式填料和薄膜式填料具有各向異性的流動阻力，這意味著它們在所有的流向都是可流通的，并且雖然這些差異可能很小，但損失系數(shù)隨流動方向不同是變化的。建立一個線性迎風計算模型和一 個歐拉 FLUENT 模型，來達到根據(jù)實驗數(shù)據(jù)評估填料性能特性，以及分別地模擬冷卻塔填料性能的目的。這兩種方法是依據(jù)隨氣流角變化的完全橫流默克爾數(shù)和完全逆流默克爾數(shù)進行計算的。在本文中，控制基本偏微分方程是以圓柱形為分析對象推導出來的，并且笛卡爾坐標直角坐標系決定了冷卻水溫度、水蒸發(fā)速率、空氣溫度和對于飽和與過飽和空氣在二維橫 逆流填料中的空氣濕度比。造成這樣的結果是因為，橫 逆流式填料默克爾數(shù)或傳輸特性處于完全逆流填料和完全橫流填料之間。這個過程需要自己大量地查閱資料，補充相關知識，所以說整個設計過程是一個再次學習的過程 ，使我在即將邁入社會的最后階段收獲良多。校核結果是所設計的結構均滿足校核要求。在這個過程中不但學到了設計一個完整塔設備的相關知識，還意識到作為一個設計人員必須做到嚴謹認真，所設計的 每一步都要有根據(jù)，當然不僅要知道如何計算出相應的數(shù)據(jù)，還要理解明白為什么。機械設計內容基本包含了一個完整的浮閥塔的每一個結構，對材料、尺寸、型號都與嚴格的規(guī)定。 作為過程裝備與控制工程專業(yè)的設 計，機械計算是非常重要的部分。由于浮閥塔的直徑較大，所以塔盤加主梁以增加穩(wěn)定性。為了解決不滿足工藝指標的問題，精餾段與提餾段采用不同的溢流方式，精餾段液流量小所以采用單溢流塔盤，提餾段液流量較大所以采用雙溢流塔盤。由于設計原料含有 95%的水，所以物料進入提餾段后基本上全部通過再沸器被 加熱汽化，而回流量很小，所以導致精餾段液相流量較小，而提餾段液相流量較大。 設計開始時由于對精餾過程不是非常熟悉，所以又回顧了一遍《化工原理》。 7 總結 本次設計是作為畢業(yè)設計的重要任務，從一開始老師的講解到初步完成翻譯，小論文的整理，對設計的主題詞化工塔設備有了一個初步的了解。 ③ 運輸?shù)倪x擇 最后運輸?shù)姆椒☉罁?jù)具體設備的重量尺寸、施工機具的能力和運輸條件進行綜合判斷。 ② 明確運 輸要求 其次明確運輸要求，例如要求距離路兩邊的肩寬都要大于 1m；運輸中塔設備的最高點距低壓線的距離要大于 1m，距高壓線大于 2m，如不能滿足要求就必須安排停電或者采取其他絕緣隔離措施。 ① 運輸前準備工作 首先在運輸前必須調查清楚所經路面的障礙物有哪些、路面的寬度和轉彎的角度、路基所能承受的壓力和平整度。塔盤在