天然气过滤器滤芯工艺计算.doc

天然气过滤器滤芯工艺计算 蔡强 (西安石油大学 机械工程学院，陕西 西安 710065) Gas filter Cartridge Technology Calculation Cai Qiang (Mechanical Engineering College Xi’an Shiyou University, Xi’an 710065, China) Abstract: The article from the perspective of the design process by filtering dust removal mechanism, estimates of the inertial filter in the filter capture efficiency, the efficiency of Brownian diffusion, direct interception efficiency and a variety of effects that can be drawn to the combined effect of the total filtration efficiency, based on pressure lower estimates of stainless steel sintered metal fiber felt filter accuracy and service life, ensuring the use of filters provides a theoretical basis. Keywords: dust filtration mechanism；reynolds；inertial impaction；direct intercept；brownian diffusion 1 概述 天然气过滤器广泛应用于石油采气、输气及广大城镇、公共 建筑和商业部门。是专为天然气集输及应用而设计的分+离净化产 品，此类过滤器一般???用不锈钢纤维毡作为滤材，滤材是由金属 纤维棉网经高温烧结而成，它强度高，结构稳定，烧结后仍保持 棉网的三维网状多孔结构，孔隙率高，比表面积大，孔径分布均 匀，具有优异的结构性能[1]。 但是，随着环境保护要求和天然气加工的需要，对此类过 滤器的要求越来越高，如何通过过滤机理以及结构设计等各方 面加强过滤器的过滤效果，延长其使用寿命，成为日后研究的 重点。 文章通过对过滤过程机理的分析计算，计算了滤料中过滤器 的惯性捕捉效率、布朗扩散效率、直接拦截效率以及各种效应的 联合效应得出所能达到的过滤总效率，根据压降测算出过滤器的 使用寿命，为我们保证过滤器的使用和延长其使用寿命提供了理 论依据。 2 过滤除尘机理 在一般的过滤除尘器内，滤料是捕集颗粒用的捕集物，它是 由许多单个的捕集体(圆柱形纤维或球形纤维)以一定方式排列组 合而成的，在单个捕集体之间还存在有孔隙。一般气溶胶中的颗 粒尺寸往往远小于这些孔隙，所以筛滤效应的作用是非常小的， 颗粒之所以能从气体中被分离出来，主要是依靠惯性碰撞、直接 拦截以及重力沉降、静电吸引等作用。这些都和气态非均一系绕 流捕集体时的运动情况有关。 当液体夹带颗粒流过单独的捕集体时，有可能产生的捕 集机理[2]可见图 1 所示。当流体绕过捕集体时，流线要偏折， 此时，其中较大颗粒由于惯性作用仍然向前作直线运动，于 是就会偏离流线而直接撞到捕集体上，称为“惯性碰撞”效 应，同时，有些很小的颗粒则仍然跟随流线运动，若此时颗 粒半径小于流线到捕集体的表面距离，此种颗粒也会被捕集 下来，称为“直接拦截”效应，更细微的颗粒虽然远离捕集 体，但在布朗扩散作用下，也有可能会撞到捕集体上，称为 “扩散效应”。 一般在粒径很小时，以扩散效应为主：颗粒径较大及流速高 时，惯性效应作用显著突出；拦截效应则介于其间；重力沉降在 大粒径、低流速下有较大作用；在不加外电场时，静电效应不 会太大。 此外，若在颗粒与捕集体间有温度梯度，则还有热迁移 效应。在一般过滤除尘器内这些作用都非常小，可忽略不考 虑。 重力 流线 极限粒子轨迹 (a)惯性拦挡 (c)拦截 (e)重力拦截(水平流) 重力 (b)扩散拦挡 (d)重力拦截 (f)静电沉降 图 1 捕集机理 Fig.1 Trapping mechanism 各种捕集方式效率的计算 下面通过一个实例计算，分别计算在各种捕集方式下的效率。 首先计算雷诺数： 3 d p R = d f ρ g v0 d f (1) Re = μ 式中： v0=1.0 m/s(设滤芯表面过滤速度)； df=12 μm(设不锈钢纤维烧结毡滤芯的纤维直径)； 3 ρg=6.68 kg/m (常温、1 M