煤液化多相流分離冷換過程固相漂移機理及磨損預測方法研究.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、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題，且失效機理極為復雜。因此，開展煤直接液化分離冷換過程的固相漂移機理研究，建立顆粒沉積和磨損失效的量化評價方法，是提高煤直接液化裝置長周期運行安全的重要途徑。
　　本文以煤直接液化工藝中分離冷換過程的顆粒漂移、

2、沉積及磨損失效為研究對象，提出基于顆粒漂移的沉積和磨損量化表征預測方法;開展氣固兩相流沖擊磨損特性的性能試驗，建立顆粒磨損修正的數(shù)理模型，并對結(jié)果使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進行相關(guān)分析與預測。論文的主要研究內(nèi)容包括以下三個方面:
　　(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動行為，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、計算分析了進口固相質(zhì)量濃度ψ、顆粒粒徑dp對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、顆粒平均濃度場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動方法，以相關(guān)的冷換設(shè)備—空冷器為研究對象，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特性、運行工況、物性參數(shù)，采用Mixture模型和DPM模型，數(shù)值預測多相流動環(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)值預測的高風險區(qū)域與工程現(xiàn)場堵塞沉積失效情況基本吻合，驗證了該數(shù)值方法的正確性，從而建立基于顆粒漂移運動的沉積預測方法。
　　(3)采用激波脈沖式氣固兩相流顆粒磨損特性試驗裝置開展不同顆粒類型、尺寸和沖擊速度條件下的顆粒對材料表面的磨損特性研究，確定沖擊角函數(shù)、相對磨損率及速度指數(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、建立的顆粒漂移運動方法，結(jié)合實際彎管結(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)果與超聲波測厚的管壁減薄區(qū)域基本一致，并對結(jié)果使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進行相關(guān)分析與預測，從而建立基于顆粒漂移運動的磨損預測方法。
　　本文的創(chuàng)新性在于建立了煤直接液化過程中相關(guān)分離冷換設(shè)備的顆粒漂移預測研究體系，揭示了復雜工藝過程關(guān)聯(lián)作用下顆粒運動及失效機理，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動的沉積和磨損預