基于压降标准偏差分析的填料塔液泛预测方法
【专利摘要】基于压降标准偏差分析的填料塔液泛预测方法，包括以下步骤：1)在填料塔的各填料层沿环向设置压降测压口；2)智能差压变送器通过测压管与压降测压口连接并进行实时检测；3)智能差压变送器通过数据线将压降数据传送至数据采集器，然后进行数据处理得到压降随塔操作通量的变化曲线和压降标准偏差分布曲线；4)以压降标准偏差分布曲线作为判断该填料塔液泛的依据，当标准偏差曲线的斜率超过临界值时，为液泛状态，压降测压口的采集频率大于20赫兹。
【专利说明】基于压降标准偏差分析的填料塔液泛预测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及填料塔的液泛预测方法，具体涉及一种基于压降标准偏差分析的填料塔液泛预测方法。
【背景技术】
[0002]液泛是填料塔操作过程中的极限状态，是在实际工业生产中不允许发生的状态。企业为了提高节能减排能力，往往尽可能地提高填料塔的操作通量，使填料塔的工作状态尽可能接近液泛点，同时不发生液泛。因此，为使得填料塔的操作性能达到更优，需要对填料塔的操作状态实时检测，并预测填料塔液泛现象的发生。一直以来，有关填料塔操作性能的研究有很多，一般分为三种:压降实验曲线法、目测观察液泛法和观测持液量法，然而这些方法均存在不足:1)压降实验曲线法是在填料塔整个操作阶段的压降水力学性能实验研究的基础上，做出实验填料塔压降和空塔气速的关系曲线图，从填料塔压降气速曲线的斜率上来界定载点和泛点，但该方法不能广泛应用，实验条件影响因素多，不能统一。2)目测观察液泛法是在透明的填料塔中进行实验，可以目测观察填料床上表面的液体堆积，及液泛的发生。该方法的缺点是反应会延迟，当观测到液泛的时候，已经发生了可观的破坏和损失；另外，滞后现象会导致填料塔的恢复延迟。由于视觉检测的前提是填料塔是透明的，这在实验室条件尚可实行，但是在工业现场，所用填料塔基本为不透明金属容器，即使有观测窗也无法做到全面正确的实时观测，该方法不适合实际工业应用。3)观测持液量法是通过观测持液量的持续增加，作为判断液泛的发生的依据。为了测量液体持液量，必须同时停止气液两相流，且留在填料塔中的液体必须排空。因此，这种观测持液量变化的方法不适合工业在线预测填料塔液泛。也有研究提出了一种依据经验判断持液量变化的填料塔液泛预测方法，在填料塔操作过程中，填料层出明显的积液层，液沫夹带严重到一定程度时，当填料塔内气液两相流动中液体有明显飞溅时，当气体夹带液体明显形成逆流现象时，此时实验记录的填料层压降气速就是填料塔在当地实验条件下的泛点气速，即发生液泛现象。这种方法的缺点也是依靠大量的经验积累，不能准确预测填料塔液泛，也无法推广到不同工艺条件下的液泛条件，所以不适合工业应用。
【发明内容】
[0003]本发明要克服现有填料塔液泛预测方法的缺点，提供一种新型的基于压降标准偏差分析的填料塔液泛预测方法。
[0004]为了实现上述发明目的，本发明所采取的措施:
[0005]基于压降标准偏差分析的填料塔液泛预测方法，该方法包括以下步骤:1)在填料塔的各填料层沿环向设置压降测压口 ；2)智能差压变送器通过测压管与测压口连接并进行实时检测；3)智能差压变送器通过数据线将压降数据传送至数据采集器，然后进行数据处理得到压降随塔操作通量的变化曲线和压降标准偏差分布曲线；4)以压降标准偏差分布曲线作为判断该填料塔液泛的依据，当标准偏差曲线的斜率超过临界值时，为液泛状态。
[0006]步骤I所述的各填料层压降测压口的数量不少于四个。
[0007]步骤3所述的数据采集器的处理器采用单片机。
[0008]步骤I所述迆压降测压口的采集频率大于20赫兹。
[0009]本发明的有益效果:通过对填料塔液泛性能实时监测，实现有效地实时预测液泛，检测干扰小，测量准确可靠，成本低、适用范围广。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1、本发明的系统原理图；
[0011]图2、为ω = 7.20m3/(m2h)时填料层压降随F因子变化的压降关系图；
[0012]图3、为ω = 14.50m3/(m2h)时填料层压降随F因子变化的压降关系图；
[0013]图4、为ω = 20.20m3/(m2h)时填料层压降随F因子变化的压降关系图；
[0014]图5、为不同喷淋密度下填料层压降标准偏差分析图；
[0015]图6、为不同喷淋密度下填料层压降标准偏差无量纲分析关系曲线图；
[0016]图7、为F = 2.05m/s.(kg/m3) 5时填料层压降随喷淋密度ω变化的压降关系图；
[0017]图8、为F = 2.13m/s.(kg/m3)5时填料层压降随喷淋密度ω变化的压降关系图；
[0018]图9、为F = 2.23m/s WkgAi3)°_5时填料层压降随喷淋密度ω变化的压降关系图；
[0019]图10、为不同F因子下填料层压降标准偏差分析图；
[0020]图11、为不同F因子下填料层压降标准偏差无量纲分析关系曲线图。
【具体实施方式】
[0021 ] 以下结合附图来进一步说明本发明。
[0022]I)实验装置
[0023]将测压口均置在填料塔的各填料层同一高度的四周，测得同一高度填料层的压降，同时采取一定的防填料塔内液相倒流入测压管措施。实验中，规整填料塔为直径220mm的有机玻璃材料，使用的是横河川仪公司的生产的微智能差压变送器，型号EJA120A，量程为O?lKPa，输出4?20mA DC，采用单片机实时采集数据，分别测得不同高度填料层压降。通过分析，得到实时的填料层压降标准偏差分析结果。
[0024]2)实验方法
[0025]稳定液体喷淋密度值分别在ω = 7.20m3/ (m2h)、ω = 12.50m3/ (m2h)、ω =14.50m3/ (m2h)、ω = 17.40m3/ (m2h)、ω = 20.20m3/ (m2h)下，分为 5 组分别进行了 实验，每组实验中分别调节进气阀，逐渐增大气体通量，直至液泛。增大到每个气体流量下，保持实验状态10分钟，记录下各个状态下的塔内液体流动情况，采集各个状态下不同填料层高度压降。稳定F因子(气体动能因子)值分别在F = 2.05m/s.(kg/m3)°_5、F = 2.13m/s.(kg/m3)°_5、F = 2.19m/s.(kg/m3)°_5、F = 2.23m/s.(kg/m3)0,5 分为 4 组进行了实验,逐渐改变液体喷淋密度值，直至液泛，保持各实验状态10分钟，采集各个状态下不同填料层高度压降。
[0026]3)分析与预测
[0027]在不同喷淋密度下，分别得到不同填料层高度不同操作阶段下的填料层压降数据。对填料层压降数据做标准偏差分析，分别得到不同液体喷淋密度下填料层压降标准偏差与气体操作通量在不同操作阶段的关系曲线，通过分析和比较填料塔在液泛前和液泛后状态的填料层压降标准偏差曲线变化特征，用于判断液泛状态的发生。
[0028]在液体流量稳定气体流量变化实验中，以ω =7.20m3/ (m2h)、ω = 14.50m3/(m2h)、ω = 20.20m3/(m2h)为例做填料层压降随F因子变化的压降关系图，分别如图2、图3、图4所示。在上述在液体流量稳定气体流量变化实验中，对不同喷淋密度下的填料层压降做标准偏差分析，得到不同喷淋密度下的填料层压降标准偏差分析图，如图5所示。对其压降标准偏差做无量纲分析，得到对应的压降标准偏差和压降期望比为纵坐标一液体气体流量比为横坐标的压降标准偏差无量纲分析关系曲线图，如图6所示。在气体流量稳定液体流量变化实验中，以 F = 2.05m/s.(kg/m3)°'5> F = 2.13m/s.(kg/m3)F = 2.23m/s VkgAi3)5为例作填料层压降随喷淋密度ω变化的压降关系图，分别如图7、图8、图9所示。在上述气体流量稳定液体流量变化实验中，对不同F因下的填料层压降做标准偏差分析，得到不同F因子下的填料层压降标准偏差分析图，如图10所示。对其压降标准偏差做无量纲分析，得到对应的压降标准偏差和压降期望比为纵坐标一液体气体流量比为横坐标的压降标准偏差无量纲分析关系曲线图，如图11所示。通过分析压降关系图，可以明显发现在液泛时，填料层压降随着通量的变化有一个明显的突然增大；通过分析压降标准偏差图，可以明显看出，在同实验条件下，填料层压降标准偏差随着通量的增大都有一个明显的增大；通过分析压降标准偏差无量纲分析关系曲线图，可以明显看出，在不同实验条件下，发生液泛是，填料层压降标准偏差和压降期望比基本在一条平行于横轴的水平线附近，可以此作为液泛预测监控的一个参考标准。因此，针对不同高度填料层进行同时测量填料层压降数据，通过分析填料塔液泛发生的不同特征，可以准确的预测液泛现象的发生。
[0029]本发明的有益效果:通过对填料塔液泛性能实时监测，实现有效地实时预测液泛，检测干扰小，测量准确可靠，成本低、适用范围广。
[0030]本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
【权利要求】
1.一种基于压降标准偏差分析的填料塔液泛预测方法，包括以下步骤:1)在填料塔的各填料层沿环向设置压降测压口 ；2)智能差压变送器通过测压管与压降测压口连接并进行实时检测；3)智能差压变送器通过数据线将压降数据传送至数据采集器，然后进行数据处理得到压降随塔操作通量的变化曲线和压降标准偏差分布曲线；4)以压降标准偏差分布曲线作为判断该填料塔液泛的依据，当标准偏差曲线的斜率超过临界值时，为液泛状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于压降标准偏差分析的填料塔液泛预测方法，其特征在于:步骤I所述的各填料层压降测压口的数量不少于四个。
3.根据权利要求1所述的一种基于压降标准偏差分析的填料塔液泛预测方法，其特征在于:步骤3所述的数据采集器的处理器采用单片机。
4.根据权利要求2所述的一种基于压降标准偏差分析的填料塔液泛预测方法，其特征在于:步骤I所述的压降测压口的采集频率大于20赫兹。
【文档编号】G01D21/00GK104359503SQ201410554212
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】金伟娅, 张峰, 陈冰冰, 高增梁, 郑佳欢 申请人:浙江工业大学