CO-,2-安全閥及其下游管路中的堵塞特性理論和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、二氧化碳(CO<,2>)作為環(huán)保工質(zhì)近年來在制冷系統(tǒng)中得到了越來越多的關(guān)注,在這些系統(tǒng)中需要安裝安全閥來保障系統(tǒng)的超壓安全。在C02制冷循環(huán)中CO<,2>是高壓的超臨界流體或氣液混合物,其工作壓力為3～16MPa,CO<,2>三相點(diǎn)壓力介于大氣壓力和系統(tǒng)工作壓力之間,在通過安全閥排放的過程中可能形成固體CO<,2>,即干冰,導(dǎo)致CO<,2>安全閥和下游管路的凍結(jié)和堵塞。CO<,2>安全閥的凍結(jié)和堵塞是推廣CO<,2>制冷系統(tǒng)必須解決的問

2、題。本文對(duì)此進(jìn)行了探索性研究。 為了確定安全閥和下游管路中發(fā)生凍結(jié)和堵塞的可能性及其危害,本文采用曲折管和突擴(kuò)管構(gòu)造了惡劣流動(dòng)條件,研究了安全閥排放堵塞特性及堵塞的危害性。 本文搭建了CO<,2>通過安全閥排放流動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái),對(duì)常溫下兩相CO<,2>節(jié)流排放過程中發(fā)生的安全閥凍結(jié)和堵塞特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)中利用針閥代替安全閥,研究了開度和閥前蒸氣干度對(duì)安全閥凍結(jié)和堵塞特性的影響；采用同心雙透明玻璃管分別模擬類似全啟式安全

3、閥、比例式安全閥和內(nèi)部被堵塞的安全閥內(nèi)流道,實(shí)現(xiàn)了閥內(nèi)流動(dòng)可視化,確定了三種安全閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件下安全閥凍結(jié)和堵塞特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:存在一個(gè)最優(yōu)的閥開度范圍,在此范圍內(nèi)形成的固體CO<,2>不容易發(fā)生沉積和堵塞；在排放高蒸汽干度的CO<,2>時(shí)在下游管道中形成的固體CO<,2>與氣相CO<,2>摩擦產(chǎn)生靜電,產(chǎn)生的靜電隨安全閥進(jìn)口蒸汽干度增加而增加,甚至?xí)a(chǎn)生電火花；安全閥下游管路中的堵塞過程呈現(xiàn)周期性,氣液兩相流和氣固兩相流交替流過下

4、游管路。在此實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,本文利用排放過程熱力分析將實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的堵塞特性推廣到更廣泛的CO<,2>安全閥的工作范圍,同時(shí),借助排放熱力過程和流動(dòng)特點(diǎn)分析提出了避免CO<,2>安全閥凍結(jié)和堵塞的措施。 實(shí)驗(yàn)中所觀測(cè)到的周期性堵塞過程是影響系統(tǒng)安全性能的重要因素,其周期的長(zhǎng)短是系統(tǒng)安全性能的重要指標(biāo)。為了了解在更廣泛的運(yùn)行工況和結(jié)構(gòu)參數(shù)范圍內(nèi)的周期性堵塞特性,需要對(duì)此建立仿真模型。本文將安全閥下游管路中周期性的堵塞過程分為固體CO