介紹了煉化催化裂解裝置的煙氣發(fā)電單元煙氣流量調(diào)節(jié)閥緊急切斷裝置的工作流程。分析了電液蝶閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并采用ANSYS Fluent 軟件對閥內(nèi)流場進(jìn)行三維數(shù)值仿真實驗，得出了不同開度下閥內(nèi)的壓力、速度和流線情況。

1、概述

　　煉化廠催化裂解裝置的煙氣發(fā)電單元( 即煙機(jī)部分) 一般由煙氣流量調(diào)節(jié)裝置(調(diào)節(jié)閥) 、煙氣緊急切斷裝置、煙氣輪機(jī)及發(fā)電設(shè)備等裝置組成。某公司催化煙氣主管線尺寸為，裝置在正常發(fā)電工作時，切斷蝶閥處于全開狀態(tài)，調(diào)節(jié)帶快關(guān)蝶閥處于實時調(diào)節(jié)狀態(tài)以保證煙機(jī)的正常工作。本文采用ANSYS Fluent 軟件對電液蝶閥閥內(nèi)流場進(jìn)行三維數(shù)值仿真實驗，獲得了不同開度下的壓力、速度和流線圖，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認(rèn)為相應(yīng)的工作在安全使用和改進(jìn)上具有重要的理論意義和工程價值。

2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　煙機(jī)入口的調(diào)節(jié)閥采用DN1200 電液高溫蝶閥，其閥體結(jié)構(gòu)為雙偏心形式，其中外表面含有保溫層，材料為石棉。閥體與管道的連接方式為焊接。實際工況下，其操作壓力為0.2 ～0.23MPa，操作溫度為650℃。雙偏心蝶閥閥桿軸心既偏離蝶板中心，也偏離閥體中心。雙偏心的效果使閥門開啟后蝶板能迅速脫離閥座，大幅度地消除蝶板與閥座之間不必要的過度擠壓，刮擦現(xiàn)象，減輕了開啟阻力，降低了磨損，提高了閥座壽命。同時，刮擦的大幅度降低還使得雙偏心蝶閥可以采用金屬閥座，從而提高蝶閥在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。

3、流場分析

　　3.1、建立流道模型

　　利用Solidworks三維實體建模軟件分別在開度為30°、45°、60°和90°( 全開) 下建立實體模型，而后導(dǎo)入至Ansys - workbench的DM 模塊中，利用布爾運(yùn)算法剪切出流道模型。整體模型由外部閥體流道、內(nèi)部蝶板流道、閥桿流道和筋板流道組成( 圖1) 。

圖1 各開度下蝶閥流道模型

　　3.2、計算網(wǎng)格劃分

　　流道模型網(wǎng)格由workbench -meshing 軟件劃分生成( 圖2) 。由于閥內(nèi)腔形狀和流動狀態(tài)相對簡單，采用Automatic 劃分方法。為了計算結(jié)果更加精確，對閥板和筋板處的流道進(jìn)行了加密處理，每個模型的網(wǎng)格數(shù)量都在10 × 10⁵ ～12 × 10⁵之間。

圖2 蝶閥流道網(wǎng)格模型

　　3.3、計算方法及邊界條件

　　根據(jù)煙機(jī)入口電液高溫蝶閥的實際工作情況，選取閥體入流口截面，設(shè)定入流口邊界類型為速度型入口(Velocity - inlet) ，初始流速為10m /s，選取閥體出流口截面，設(shè)定出流口邊界類型為outflow。對于其他沒有設(shè)置的面，默認(rèn)為固體壁面。試驗介質(zhì)為25℃的水，在整個過程中水溫變化很小，所以計算時熱傳遞采用絕熱。

　　近壁區(qū)采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法，流體與壁面接觸面為靜止面，對于固體壁面由于粘性的存在，流體和固體界面沒有滑移，因此壁面采用無滑移邊界條件。流體流入閥腔，充滿漩渦和分離流，流態(tài)復(fù)雜，屬于中等強(qiáng)度的雷諾數(shù)，所以選用標(biāo)準(zhǔn)的k - e 模型比較合適，設(shè)置收斂殘差值為1E - 6。由殘差收斂史曲線( 圖3) 可以看出收斂情況很好，說明網(wǎng)格質(zhì)量以及所選用的湍流模型是合理的。

圖3 計算殘差收斂史曲線

4、結(jié)語

　　采用Solidworks 軟件對煙機(jī)入口電液式高溫蝶閥進(jìn)行了模型建立，采用Ansys - workbench 軟件對其進(jìn)行了流道抽取以及內(nèi)部流場的三維湍流數(shù)值模擬計算，得出相關(guān)的論證和結(jié)果。

　　(1) 全開( 90°) 狀態(tài)下介質(zhì)流過蝶閥時壓力分布均勻，當(dāng)初始流速為10m /s 的情況下，其開度為45°時壓力最小，為0.79 × 10⁵Pa；開度為30°時壓力值為1.728 × 10⁵Pa；開度為60° 時壓力值最大，為59.37 × 10⁵Pa。閥體密封圈與閥體過渡區(qū)域容易造成大的壓力升值，需采取堆焊處理以減小流體阻礙。

　　(2) 蝶板上部邊緣和下部邊緣存在兩個高速流動區(qū)域，隨著開度的增加，最大速度在逐漸的減少，當(dāng)開度在60° 以上時，流動趨于平穩(wěn)狀態(tài)。由于在小開度下，密封副要承受高速沖刷導(dǎo)致壽命降低，故應(yīng)使用硬度較高的材料。

　　(3) 閥門開度為30°以下時會有渦流出現(xiàn)，開度越小，現(xiàn)象越明顯。當(dāng)開度在45°和60°前后時，由于存在較大的擾動，壓力損失嚴(yán)重。因此，蝶閥不宜在開度≤45°的范圍內(nèi)工作。