管式固定床反應器床層壓降測試裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種管式固定床反應器床層壓降測試裝置，包含：N組代表管式固定床反應器床層的鋼管、對床層供氣的供氣裝置、與供氣裝置連接對進入床層內(nèi)的氣體進行預加熱的加熱器，且各組鋼管分別具有進口取壓口和出口取壓口，且鋼管內(nèi)填充有填料，還包含：與各鋼管連接用于測量各組鋼管進出口壓力值的測量裝置，測量裝置至少包含M個與各進口取壓口連接的進口旁路閥門、與出口取壓口連接的出口旁路閥門、與各進口旁路閥門連接的進口取壓總管、與各出口旁路閥門連接的出口取壓總管，其中進口取壓總管和出口取壓總管連接于一壓差傳感器。該裝置結構緊湊，占地面積小，可以在管式固定床反應器的設計階段獲得的可靠的數(shù)據(jù)，并將測試用于設備的工業(yè)放大。
【專利說明】
管式固定床反應器床層壓降測試裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及化工、機械等領域，特別設及一種管式固定床反應器床層壓降測試裝 置。
【背景技術】
[0002] 管式固定床反應器的床層壓降是列管式固定床反應器設計的重要參數(shù)，該參數(shù)的 獲得可W通過設計時的模擬計算。模擬計算一般采用流體動力學（CFD)方法或經(jīng)驗關聯(lián) 式，建立數(shù)學模型對固定床反應器內(nèi)部壓力場進行數(shù)值計算，W獲得流場內(nèi)部各點的壓力 值，然后對計算結果進行圖譜分析處理，得出最終結果和結論。影響固定床反應器的床層壓 降主要因素有介質流速V、物性粘度μ、介質密度P、床層空隙率ε和比表面積a,為便于 模擬會假設床層孔隙率、介質流速、物性粘度、介質密度均為定值，且假定催化劑的比表面 積也是固定的，但實際上影響壓降最大的參數(shù)空隙率與實際裝填的方案、方法等有很大關 系，且與催化劑生產(chǎn)時的外形尺寸偏差、破碎、表面的光潔度等也有很大的關系，另外介質 密度在不同床層位置時也是變化的，諸多原因會導致模擬計算數(shù)據(jù)存在較大的誤差，造成 設備工業(yè)化放大設計時偏離實際工況，滿足不了使用要求。
[0003] 另外一種通過測試獲得管式固定床反應器壓降的方法是直接在裝置投入運行W 后，在運行過程中，通過設置在管式固定床反應器前后端的壓力傳感器或差壓計直接獲得 測量結果。但裝置已經(jīng)建成，測出的結果只能觀測，若發(fā)現(xiàn)設計出現(xiàn)偏差，由于裝置已經(jīng)建 成，相應改造裝置的難度大或無法進行改造，且成本高昂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提一種管式固定床反應器床層壓降測試裝置，測出設備管式固 定床反應器床層在不同工況、管的不同結構尺寸下的實際壓降值，并配合軟件模擬進行實 驗結果驗證。得到與工業(yè)化裝置的實際工況接近的結果。
[0005] 為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種管式固定床反應器床層壓降測試裝置， 所述測試裝置包含：所述測試裝置包含：N組代表管式固定床反應器床層的鋼管、對床層供 氣的供氣裝置、與供氣裝置連接對進入床層內(nèi)的氣體進行預加熱的加熱器；
[0006] 其中，所述N為自然數(shù)，且各組鋼管分別具有進口取壓口和出口取壓口，且鋼管內(nèi) 填充有填料；
[0007] 所述管式固定床反應器床層壓降測試裝置還包含：與各鋼管連接用于測量各組鋼 管進出口壓差值的測量裝置，且所述測量裝置至少包含Μ個與進口取壓口連接的進口旁路 閥口、與出口取壓口連接的出口旁路閥Π 、與所述各進口旁路閥口連接的進口取壓總管、與 出口旁路閥口連接的出口取壓總管，其中所述進口取壓總管和所述出口取壓總管連接于一 壓差傳感器；
[0008] 且所述Μ等于所述Ν為自然數(shù)，在打開任意一根鋼管的進口取壓口所對應的進口 旁路閥口和任意一根鋼管的出口取壓口所對應的出口旁路閥口，所述壓差傳感器測得被打 開的進口旁路閥口與出口旁路閥口中間所對應的鋼管管路內(nèi)的總壓降值。
[0009] 本發(fā)明的實施方式相對于現(xiàn)有技術而言，采用定尺長度的無縫鋼管來模擬代替設 備床層，根據(jù)檢測需要可設定鋼管數(shù)量，鋼管內(nèi)裝填與實際工況相同的填料，檢測氣體由充 氣裝置進入加熱器加熱，達到設定的檢測溫度后進入各組鋼管，并在穿過填料床層后排出 系統(tǒng)，通過壓差傳感器測得鋼管內(nèi)的壓降值，該裝置通過使用特殊制造的壓降測試裝置， 測出設備管式固定床反應器床層在不同工況、管的不同結構尺寸下的實際壓降值，并配合 軟件模擬進行實驗結果驗證，減少了計算數(shù)據(jù)的誤差，其結構緊湊，占地面積小，操作方便， 可W在管式固定床反應器的設計階段獲得可靠的數(shù)據(jù)，避免造成設備工業(yè)化放大設計時偏 離實際工況，并可將測試數(shù)據(jù)用于設備的工業(yè)放大設計。
[0010] 進一步地，所述鋼管為U型鋼管，且所述鋼管等間距地設置在一保溫桶內(nèi)，使鋼管 內(nèi)的溫度均勻，提高測試的準確性。
[0011] 進一步地，所述保溫桶內(nèi)部設有控制桶內(nèi)溫度的加熱裝置與測溫儀表，且所述加 熱裝置為電加熱棒，該電加熱棒均勻地設置于所述鋼管的周圍，控制保溫桶內(nèi)的溫度，W免 溫度變化影響實驗數(shù)據(jù)的可靠性。
[0012] 進一步地，所述測試裝置包括一降溫裝置與一調(diào)壓裝置，所述降溫裝置與調(diào)壓裝 置依次設置于系統(tǒng)排放總管上。保證尾氣的低溫安全排放，且控制系統(tǒng)的實驗壓力，W便得 出精確的測試數(shù)據(jù)。
[0013] 進一步地，所述降溫裝置為冷卻器，所述調(diào)壓裝置為調(diào)壓閥，調(diào)壓更方便快捷。
[0014] 進一步地，所述充氣裝置包括一氣瓶組、一減壓閥與一質量流量計，所述減壓閥與 質量流量計依次設置在氣瓶組與鋼管之間，控制氣壓的大小及便于檢測實驗流量保證流量 的精確度。
[0015] 進一步地，所述每根鋼管內(nèi)的填料為同批材料，為多孔介質顆粒，顆粒直徑為1毫 米~10毫米，形狀為圓球形、楠圓形或圓柱形等，且填料量與裝填高度相同，可更換不同的 材料。
[0016] 進一步地，所述每根鋼管的管內(nèi)填料裝填的當量高度為2000毫米，使填料高度達 到合適的數(shù)值，便于測試鋼管內(nèi)部的壓降值。
[0017] 進一步地，所述鋼管的上部為可拆卸式結構，便于將管內(nèi)的填料卸出，更換不同品 種與外形尺寸的填料，可W做到模擬檢測不同空隙率和堆密等性能的填料壓降數(shù)據(jù)。
[0018] 進一步地，所述鋼管內(nèi)設有用W壓緊填料的絲網(wǎng)壓圈，使填料緊實更容易測得準 確的壓差數(shù)據(jù)。
[0019] 進一步地，所述鋼管組外設有沙浴，所述加熱裝置設置于所述沙浴內(nèi)，其溫度范圍 為0°C~350°C，便于對鋼管均勻地加熱。
[0020] 進一步地，所述鋼管的長度為1米~4米，管徑為2厘米~5厘米，壁厚為1毫米~ 5毫米，通過選擇合適的鋼管便于對壓差數(shù)據(jù)做出更精確的測試。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明第一實施方式管式固定床反應器床層壓降測試裝置的整體流程示 意圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明第一實施方式管式固定床反應器床層壓降測試裝置的鋼管示意圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明第一實施方式管式固定床反應器床層壓降測試裝置的保溫桶內(nèi)部 俯視圖；
[0024] 圖4為本發(fā)明第一實施方式管式固定床反應器床層壓降測試裝置的測試過程中 不同的流量單組壓降數(shù)據(jù)；
[00巧]圖5為本發(fā)明第二實施方式管式固定床反應器床層壓降測試裝置的整體流程示 意圖。
【具體實施方式】
[00%] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明的各實 施方式進行詳細的闡述。然而，本領域的普通技術人員可W理解，在本發(fā)明各實施方式中， 為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節(jié)。但是，即使沒有運些技術細節(jié)和基 于W下各實施方式的種種變化和修改，也可W實現(xiàn)本申請各權利要求所要求保護的技術方 案。
[0027] 本發(fā)明的第一實施方式設及一種管式固定床反應器床層壓降測試裝置，如圖1與 圖2所示，測試裝置包含：N組代表管式固定床反應器各床層的鋼管1、對床層供氣的供氣裝 置2、與供氣裝置2連接對進入床層內(nèi)的氣體進行預加熱的加熱器3 ;
[0028] 其中，N為自然數(shù)，且各組鋼管分別具有進口取壓口 11和出口取壓口 12,且鋼管1 內(nèi)填充有填料4;
[0029] 管式固定床反應器床層壓降測試裝置還包含：與各鋼管1連接用于測量各組鋼管 1進出口壓力值的測量裝置5,且測量裝置5至少包含Μ個與進口取壓口 11連接的進口旁 路閥口 51、與出口取壓口 12連接的出口旁路閥口 52、與各進口旁路閥口 51連接的進口取 壓總管53、與出口二旁路閥口 52連接的出口取壓總管54,其中進口取壓總管53和出口取 壓總管54連接于一壓差傳感器6 ;
[0030] 且Μ等于Ν為自然數(shù)，所用的旁路閥口既可W是手工閥，也可W是電磁閥或氣動 閥，根據(jù)實際使用的需要而定，在打開任意一根鋼管1的進口取壓口 11所對應的進口旁路 閥口 51和任意一根鋼管1的出口取壓口 12所對應的出口旁路閥口 52,壓差傳感器測得被 打開的進口旁路閥口與出口旁路閥口中間所對應的鋼管管路內(nèi)的總壓降值。
[0031] 根據(jù)檢測的需要設定鋼管1的數(shù)量，在鋼管1內(nèi)裝填與實際工況相同的填料4,檢 測氣體由充氣裝置2經(jīng)過加熱器3加熱，達到設定的檢測溫度后進入各根鋼管1，穿過填料 4床層后，打開需檢測的鋼管1管路所對應的進口旁路閥口 51與出口旁路閥口 52,用于檢 測不同取壓點時的壓降數(shù)據(jù)，通過壓差傳感器6測得相應鋼管1內(nèi)的壓降差值，得出數(shù)據(jù)。 陽03引例如：打開1#和3#旁路閥Π ，壓差傳感器6感應到進口取壓總管53與出口取壓 總管54的兩端壓降差值，可測得1#管的單組壓降值，如果僅打開2#和4#閥口可測得2# 管的單組壓降值，同理僅打開1#和5#閥口可測得1#和2#兩組管的總壓降值，在實驗過程 中保溫桶7內(nèi)的溫度Τ2應穩(wěn)定在實驗所需溫度值；實驗氣體從1#管進口流入，從4#管出 口流出到冷卻器、調(diào)壓閥后向外排出。本實施方式通過使用特殊制造的壓降測試裝置，測 出設備管式固定床反應器床層在不同工況、管的不同結構尺寸下的實際壓降值，并配合軟 件模擬進行實驗結果驗證，減少了計算數(shù)據(jù)的誤差，其結構緊湊，占地面積小，操作方便，可 W在管式固定床反應器的設計階段獲得的可靠的數(shù)據(jù)，避免造成設備工業(yè)化放大設計時偏 離實際工況，并可將測試數(shù)據(jù)用于設備的工業(yè)放大設計。
[0033] 具體的說，將鋼管1加工為U型鋼管，根據(jù)壓力測試范圍和實際需要，可W為金屬 材質，可W為其他材質，且鋼管1等距環(huán)設在一保溫桶7內(nèi)，使鋼管1內(nèi)的溫度均勻，保持兩 端的壓降值穩(wěn)定，且每根鋼管1的管內(nèi)填料4裝填的當量高度為2000毫米，使填料4高度 達到合適的數(shù)值，便于測試鋼管1內(nèi)部的壓降值，鋼管1內(nèi)部的流體介質為氣體，入口壓力 范圍從0.1 MPa~15MPa ;空速范圍50化-1~2000化-1 ;當然本實施方式可W根據(jù)需要模 擬檢測不同長度的鋼管1規(guī)格尺寸，如設備大型化W后的床層高度是8000mm、100000mm或 120000mm甚至更長，都可W增加鋼管1組數(shù)方便的實現(xiàn)。
[0034] 并且，如圖3所示，保溫桶內(nèi)7部設有控制桶內(nèi)溫度的加熱裝置8與測溫儀表9,且 加熱裝置8為電加熱棒，該電加熱棒均勻地設置于鋼管1的四周，控制保溫桶7內(nèi)的溫度， W免溫度變化影響實驗數(shù)據(jù)的可靠性，鋼管1組外設有沙浴，電加熱棒設置于沙浴內(nèi)，其溫 度范圍為0°C~350°C，實驗氣體在流經(jīng)鋼管1的過程中防止其散熱冷卻降低溫度從而影響 測試準確性。
[0035] 另外，充氣裝置2包括一氣瓶組21、一減壓閥22與一質量流量計23,減壓閥22與 質量流量計23依次設置在氣瓶組21與鋼管1之間，且減壓閥22設于靠近氣瓶組21的一 端，控制氣壓的大小及便于檢測實驗流量保證流量的精確度，其中，該氣瓶組21為并聯(lián)供 氣，氣瓶需要量根據(jù)實驗流量大小和實驗時間來確定，可選擇如空氣、氮氣、氧氣或其它混 合氣體作為實驗氣體。
[0036] 更要說明的是，每根鋼管1內(nèi)的填料4為同批材料，為多孔介質顆粒，既可W是催 化劑顆粒、也可W為其他惰性多孔材料，當量直徑從1毫米~10毫米，形狀為圓球形、楠圓 形或圓柱形等，且填料4量與裝填高度相同，可更換不同的材料。
[0037] 值得一提的是，鋼管1的上部為可拆卸式結構，便于將管內(nèi)的填料4卸出，更換不 同品種與外形尺寸的填料4,可W做到模擬檢測不同空隙率和堆密等性能的填料4壓降數(shù) 據(jù)，并且，在鋼管1內(nèi)設有用W壓緊填料4的絲網(wǎng)壓圈13,使填料4緊實更容易測得準確的 壓差數(shù)據(jù)。
[003引此外，在本實施方式中，鋼管1的長度為1~4米，管徑為2厘米~5厘米，壁厚為 1毫米~5毫米，通過選擇合適的鋼管1便于對壓差數(shù)據(jù)做出更精確的測試。
[0039] 本實施方式相對于現(xiàn)有技術來說，根據(jù)實驗的需要選擇鋼管1的數(shù)量與填料4,并 配置質量流量計23保證實驗流量，選擇合適的氣源并將減壓閥22調(diào)節(jié)的所需壓力，確定實 驗氣體流量，通入氣體后調(diào)節(jié)到所需流量，設定實驗氣體溫度，用T1測溫點來實時控制加 熱器3的加熱功率，穩(wěn)定實驗氣體溫度，氣體流入鋼管1內(nèi)，溫度T1、壓強P1和流量穩(wěn)定后， 可打開進口旁路閥口與出口旁路閥口中的各一個，來測得鋼管的壓降值，例如打開1#和3# 旁路閥口，壓差傳感器6感應到進口取壓總管53與出口取壓總管54的兩端壓降差值，可測 得1#管的單組壓降值，同理僅打開2#和4#閥口可測得2#管的單組壓降值，僅打開1#和 5#閥口可測得1#和2#兩組管的總壓降值，同理單獨打開1#和8#閥口可測得4組管的總 壓降值在實驗過程中保溫桶7內(nèi)的溫度T2應穩(wěn)定在實驗所需溫度值；實驗氣體從1#管進 口流入，從4#管出口流出到排氣總管后向外排出，將測得的壓降值記錄下得出結論。 W40] 如表1所示，通過具體的實施案例，采用氮氣為檢測氣體，實驗溫度250。檢測壓 力50barA，在120~24化/min流量下檢測得到的各組鋼管壓降數(shù)據(jù)：
[0041 ]表 1 [0042]
[0044] 如圖4所示，為不同的流量單組壓降數(shù)據(jù)：
[0045] 通過數(shù)據(jù)的分析與歸納得出，催化劑床層的空隙率ε與壓降值是立方關系，影響 最大，其次是流速、氣體密度、床層高度和氣體粘度等：
[0046] 計算氣體流動的壓頭損失可利用歐根公式：
[0047]
[0048] 式中： W例 Δ Ρ巧體通過床層填料的壓降，化；
[0050] Η :床層填料高度，m;
[0051] ε :床層填料空隙率，無因次；
[0052] Φ :料塊形狀、球形度，無因次；
[0053] U:空速，m/s ;
[0054] μ :流體粘度，Pa. S
[0055] P :氣體密度，kg/WN
[0056] dm:顆粒平均直徑，m ;
[0057] 通過本方法和裝置實際檢測得到的壓降數(shù)據(jù)，可W看出其它條件不變的情況下， 隨著氣體流量的加大、流速的增加，反應管壓降是逐步增加的，運和公式是吻合的，可W相 互驗證。
[0058] 本實施方式通過使用特殊制造的壓降測試裝置，測出管式固定床反應器床層在 不同工況、管的不同結構尺寸下的實際壓降值，并配合軟件模擬進行實驗結果驗證，減少了 計算數(shù)據(jù)的誤差，其結構緊湊，占地面積小，操作方便，可W在管式固定床反應器的設計階 段獲得的可靠的數(shù)據(jù)，避免造成設備工業(yè)化放大設計時偏離實際工況，并可將測試可用于 設備的工業(yè)放大。
[0059] 本發(fā)明的第二實施方式同樣設及一種管式固定床反應器床層壓降測試裝置，第二 實施方式是在第一實施方式的基礎上作了進一步改進，其主要改進在于：如圖5所示，測試 裝置包括一降溫裝置10與一調(diào)壓裝置20,降溫裝置10與調(diào)壓裝置20依次設置于壓降測試 裝置的排氣總管上，保證尾氣的低溫排放，且控制系統(tǒng)的實驗壓力，W便得出精確的測試數(shù) 據(jù)，其中，降溫裝置10為冷卻器，調(diào)壓裝置20為調(diào)壓閥，調(diào)壓更方便快捷，當然除了選擇冷 卻器與調(diào)壓閥作為降溫裝置10與調(diào)壓裝置20外，還可W選擇其他的器件，可根據(jù)不同的實 驗需要來靈活多變的選擇。
[0060] 由此可知，通過第二實施方案的方式，還可W提高操作的安全性，避免了高溫氣體 排放可能造成的人體燙傷等現(xiàn)象，具有較高的實際應用價值。
[0061] 本領域的普通技術人員可W理解，上述各實施方式是實現(xiàn)本發(fā)明的具體實施例， 而在實際應用中，可W在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
【主權項】
1. 一種管式固定床反應器床層壓降測試裝置，其特征在于，所述測試裝置包含：N組代 表管式固定床反應器床層的鋼管、對床層供氣的供氣裝置、與供氣裝置連接對進入床層內(nèi) 的氣體進行預加熱的加熱器； 其中，所述N為自然數(shù)，且各組鋼管分別具有進口取壓口和出口取壓口，且鋼管內(nèi)填充 有填料； 所述管式固定床反應器床層壓降測試裝置還包含：與各鋼管連接用于測量各組鋼管 進出口壓力值的測量裝置，且所述測量裝置至少包含Μ個與進口取壓口連接的進口旁路閥 門、與出口取壓口連接的出口旁路閥門、與所述各進口旁路閥門連接的進口取壓總管、與出 口旁路閥門連接的出口取壓總管，其中所述進口取壓總管和所述出口取壓總管連接于一壓 差傳感器； 且所述Μ等于所述Ν為自然數(shù)，在打開任意一根鋼管的進口取壓口所對應的進口旁路 閥門和任意一根鋼管的出口取壓口所對應的出口旁路閥門，所述壓差傳感器測得被打開的 進口旁路閥門與出口旁路閥門中間所對應的鋼管管路內(nèi)的總壓降值。2. 如權利要求1所述的管式固定床反應器床層壓降測試裝置，其特征在于：所述鋼管 為U型鋼管，且所述鋼管等間距地設置在一保溫桶內(nèi)。3. 如權利要求2所述的管式固定床反應器床層壓降測試裝置，其特征在于：所述保溫 桶內(nèi)部設有控制桶內(nèi)溫度的加熱裝置與測溫儀表，且所述加熱裝置為電加熱棒，該電加熱 棒均勻地設置于所述鋼管的周圍。4. 如權利要求1所述的管式固定床反應器床層壓降測試裝置，其特征在于：所述測試 裝置包括一降溫裝置與一調(diào)壓裝置，所述降溫裝置為冷卻器，所述調(diào)壓裝置為調(diào)壓閥，依次 設置于壓降測試裝置的排氣總管上。5. 如權利要求1所述的管式固定床反應器床層壓降測試裝置，其特征在于：所述充氣 裝置包括一氣瓶組、一減壓閥與一質量流量計，所述減壓閥與質量流量計依次設置在氣瓶 組與鋼管之間。6. 如權利要求1所述的管式固定床反應器床層壓降測試裝置，其特征在于：所述每根 鋼管內(nèi)的填料的材質一致，為多孔介質顆粒，且所述顆粒的直徑為1毫米~10毫米。7. 如權利要求7所述的管式固定床反應器床層壓降測試裝置，其特征在于：所述顆粒 的形狀為圓球形、橢圓形、或圓柱形等，且填料量與裝填高度相同。8. 如權利要求8所述的管式固定床反應器床層壓降測試裝置，其特征在于：所述每根 鋼管的管內(nèi)填料裝填的當量高度為2000毫米。9. 如權利要求1所述的管式固定床反應器床層壓降測試裝置，其特征在于：所述鋼管 組外設有沙浴，所述加熱裝置設置于所述沙浴內(nèi)，其溫度范圍為〇°C~350Γ。10. 如權利要求1至12中任意項所述的管式固定床反應器床層壓降測試裝置，其特征 在于：所述鋼管的上部為可拆卸式結構，長度為1米~4米，公稱管徑為1. 5厘米~5厘米， 壁厚為1毫米~5毫米。
【文檔編號】G01L13/00GK105823594SQ201510642426
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年9月30日
【發(fā)明人】唐文忠, 王尤崎, 王訊文, 韓暉
【申請人】亞申科技研發(fā)中心（上海）有限公司