CN112815760B - 一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器及其设计方法 - Google Patents

一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器及其设计方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器，包括超重力溶液煮沸器罐体、高湍流折流止振复合板和管束止振贴，所述超重力溶液煮沸器罐体包括基层和夹层，所述高湍流折流止振复合板和管束止振贴之间呈交错式排列结构设置于超重力溶液煮沸器罐体内，且高湍流折流止振复合板和管束止振贴均设置为多组等距阵列，所述超重力溶液煮沸器罐体内顶部固定安装有折流板。本发明还提供一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器的设计方法，通过采用模态和激励响应优化计算循环引入全新设计的高湍流折流止振复合板和管束止振贴，使此设备在二氧化碳捕集***工艺流程中将二氧化碳吸收剂多相流流场产生的震动消除，达到结构更稳定、耐久性大幅提升的目的。

Description

一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器及其设计方法
技术领域
本发明涉及超重力溶液煮沸器技术领域，具体为一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器，本发明还涉及一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器的设计方法。
背景技术
在二氧化碳捕集工艺流程中，超重力溶液煮沸器负责富液的换热，超重力溶液煮沸器为管壳换热管结构，换热管束会因内部的不稳定流场而产生振动。这种振动会引发管束共振使管束疲劳失效，甚至破坏管束和管板之间的密封焊缝，造成煮沸器内部泄露。振动还会产生运行噪音，降低工作环境舒适度。振动带动折流板敲击壳程内壁，从而破坏防腐层或引起点腐蚀。
因此，我们亟需一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器，此设备经过针对性的特殊设计，可显著提高设备的防腐性能和耐久性能，并大幅提高换热效率，使此设备的单体热工艺效率高，节能效果明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器，串联独立的气液分离器作为增强型附件与超重力溶液煮沸器主体配套使用，共同组成了适用于二氧化碳捕集的高效率、节能的二氧化碳捕集工艺富液超重力溶液煮沸器，以解决上述背景技术中提出的问题。
本申请实施例采用下述技术方案：
一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器，包括超重力溶液煮沸器罐体、高湍流折流止振复合板和管束止振贴，所述超重力溶液煮沸器罐体包括基层和夹层，所述高湍流折流止振复合板和管束止振贴之间呈交错式排列结构设置于超重力溶液煮沸器罐体内，且高湍流折流止振复合板和管束止振贴均设置为多组等距阵列，所述超重力溶液煮沸器罐体内顶部固定安装有折流板，所述超重力溶液煮沸器罐体一侧固定连通有气液分离器。
优选的，所述高湍流折流止振复合板呈复合板材结构设置。
优选的，所述超重力溶液煮沸器罐体内固定焊接有高强度焊筋板所述高湍流折流止振复合板和管束止振贴均通过高强度焊筋板固定安装于超重力溶液煮沸器罐体内壁。
优选的，所述基层和夹层呈不同材质结构设置，所述基层呈固定层结构，所述夹层呈丁基橡胶板结构设置。
优选的，所述高湍流折流止振复合板呈水平方向设置于超重力溶液煮沸器罐体内，所述管束止振贴呈垂直方向设置于超重力溶液煮沸器罐体内。
本发明还提供一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器的设计方法，包括以下步骤：
S1：发现振动；
S2：测量并推算振动场频率；
S3：计算管束固有频率；
S4：重新设计管束结构(壁厚、间隙等),或增加/减小对管束的约束；
S5：迭代计算新管束结构直至固有频率脱离振动场频率；
S6：对新管束结构加载振动场频率；
S7：研究新管束结构对振动场的频率响应灵敏度；
S8：响应值在合理范围内,得出模态和激励响应优化计算循环的计算结果。
优选的，所述步骤S2中的振动场频率的测量模块包括光探测单元电性连接光传送单元，光传送单元电性连接数据处理单元，所述数据处理单元利用光电倍增管单元通过电性连接光电脉冲计数单元，所述光电脉冲计数单元通过电性连接数据处理设备，所述的光传送单元是光导纤维，所述的光探测单元是光探头，所述光探头就是光传送单元光导纤维的入光端。
优选的，所述步骤S3中的管束固有频率计算包括模态分析和Connors公式计算两部分。模态分析部分负责计算换热管的固有频率和对应的振型；Connors公式计算则根据模态分析结果计算不同模态下的等效流速和临界流速。
优选的，在所述超重力溶液煮沸器的模态设计中依据二氧化碳吸收剂富液的特殊多相流流场特性，串联独立的气液分离器，在换热前先气液预分离，达到稳定多相流、去除非换热相从而具有更高的换热效率。
优选的，所述振动模态是弹性结构固有的、整体的特性，通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内的各阶主要模态的特性，就可以预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下产生的实际振动响应。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
1.通过在设计中采用模态和激励响应优化计算循环引入全新设计的高湍流折流止振复合板和管束止振贴，使此设备在二氧化碳捕集***工艺流程中将二氧化碳吸收剂多相流流场产生的震动消除，达到结构更稳定、耐久性大幅提升的目的；
2.高湍流折流止振复合板和管束止振贴为复合板结构，基层和夹层材质不同，可消除的振动频率范围要大于单一材料，对不同频率的振动或者多种频率振动同时存在的振动情况的抑制性能更好；
3.全新设计的高湍流折流板使流场湍流程度加大，可让换热更加有效、设备更加节能；
4.通过串联独立附件气液分离器，在换热前先气液预分离，达到稳定多相流、去除非换热相从而具有更高的换热效率，使二氧化碳捕集流程的富液换热工艺更加节能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器的主视剖视结构示意图；
图2为本发明的图1中A部分放大结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器，包括超重力溶液煮沸器罐体1、高湍流折流止振复合板2和管束止振贴3，所述超重力溶液煮沸器罐体1包括基层101和夹层102，所述高湍流折流止振复合板2和管束止振贴3之间呈交错式排列结构设置于超重力溶液煮沸器罐体1内，且高湍流折流止振复合板2和管束止振贴3均设置为多组等距阵列，所述超重力溶液煮沸器罐体1内顶部固定安装有折流板4，由于板材的安装使折流板具有了突起，对流场起到一定扰流作用，增加流体流经折流板时的湍流程度，一定程度上增加了换热效率，此结构的引入将二氧化碳吸收剂多相流流场产生的震动消除，让结构更稳定，耐久性大幅提升；所述超重力溶液煮沸器罐体1一侧固定连通有气液分离器6，在超重力溶液煮沸器的模态设计中考虑二氧化碳吸收剂富液的特殊多相流流场特性，串联独立的气液分离器，在换热前先气液预分离，达到稳定多相流、去除非换热相从而具有更高的换热效率，使二氧化碳捕集流程的富液换热工艺更加节能，独立的气液分离器作为增强型附件与超重力溶液煮沸器主体配套使用，共同组成了适用于二氧化碳捕集的高效率、节能的二氧化碳捕集工艺富液超重力溶液煮沸器。
具体的，所述高湍流折流止振复合板2呈复合板材结构设置。
具体的，所述超重力溶液煮沸器罐体1内固定焊接有高强度焊筋板5所述高湍流折流止振复合板2和管束止振贴3均通过高强度焊筋板5固定安装于超重力溶液煮沸器罐体1内壁。
具体的，所述基层101和夹层102呈不同材质结构设置，所述基层呈固定层结构，所述夹层102呈丁基橡胶板结构设置，基层起到固定作用，并加强原折流板的刚度使之减少受激励的振动幅度，夹层作为吸振材料进一步弱化振动。由于基层和夹层材质不同，可消除的振动频率范围要大于单一材料，止震效果非常明显。
具体的，所述高湍流折流止振复合板2呈水平方向设置于超重力溶液煮沸器罐体1内，所述管束止振贴3呈垂直方向设置于超重力溶液煮沸器罐体1内。
本发明还提供一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器的设计方法，包括以下步骤：
S1：发现振动；
S2：测量并推算振动场频率；
S3：计算管束固有频率；
S4：重新设计管束结构(壁厚、间隙等),或增加/减小对管束的约束；
S5：迭代计算新管束结构直至固有频率脱离振动场频率；
S6：对新管束结构加载振动场频率；
S7：研究新管束结构对振动场的频率响应灵敏度；
S8：响应值在合理范围内,得出模态和激励响应优化计算循环的计算结果。
具体的，所述步骤S2中的振动场频率的测量模块包括光探测单元电性连接光传送单元，光传送单元电性连接数据处理单元，所述数据处理单元利用光电倍增管单元通过电性连接光电脉冲计数单元，所述光电脉冲计数单元通过电性连接数据处理设备，所述的光传送单元是光导纤维，所述的光探测单元是光探头，所述光探头就是光传送单元光导纤维的入光端。
具体的，所述步骤S3中的管束固有频率计算包括模态分析和Connors公式计算两部分。模态分析部分负责计算换热管的固有频率和对应的振型；Connors公式计算则根据模态分析结果计算不同模态下的等效流速和临界流速。
具体的，在所述超重力溶液煮沸器的模态设计中依据二氧化碳吸收剂富液的特殊多相流流场特性，串联独立的气液分离器，在换热前先气液预分离，达到稳定多相流、去除非换热相从而具有更高的换热效率。
综上所述：管束止振贴3安装在超重力溶液煮沸器罐体1内的管束上，在管程的进出口侧，因进出口附近的流体流速突变易引发振动，计算表明安装在此附近效果最为明显，其振动消除原理与高湍流折流止振复合板2相同；同时在超重力溶液煮沸器的模态设计中考虑二氧化碳吸收剂富液的特殊多相流流场特性，串联独立的气液分离器6，在换热前先气液预分离，达到稳定多相流、去除非换热相从而具有更高的换热效率，使二氧化碳捕集流程的富液换热工艺更加节能，独立的气液分离6作为增强型附件与超重力溶液煮沸器主体配套使用，共同组成了适用于二氧化碳捕集的高效率、节能的二氧化碳捕集工艺富液超重力溶液煮沸器。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器，包括超重力溶液煮沸器罐体(1)、高湍流折流止振复合板(2)和管束止振贴(3)，其特征在于，包括：所述超重力溶液煮沸器罐体(1)包括基层(101)和夹层(102)，所述高湍流折流止振复合板(2)和管束止振贴(3)之间呈交错式排列结构设置于超重力溶液煮沸器罐体(1)内，且高湍流折流止振复合板(2)和管束止振贴(3)均设置为多组等距阵列，所述超重力溶液煮沸器罐体(1)内顶部固定安装有折流板(4)，所述超重力溶液煮沸器罐体(1)一侧固定连通有气液分离器(6)；
所述基层(101)和夹层(102)呈不同材质结构设置，所述基层呈固定层结构，所述夹层(102)呈丁基橡胶板结构设置。
2.根据权利要求1所述的一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器，其特征在于：所述高湍流折流止振复合板(2)呈复合板材结构设置。
3.根据权利要求1所述的一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器，其特征在于：所述超重力溶液煮沸器罐体(1)内固定焊接有高强度焊筋板(5)，所述高湍流折流止振复合板(2)和管束止振贴(3)均通过高强度焊筋板(5)固定安装于超重力溶液煮沸器罐体(1)内壁。
4.根据权利要求1所述的一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器，其特征在于：所述高湍流折流止振复合板(2)呈水平方向设置于超重力溶液煮沸器罐体(1)内，所述管束止振贴(3)呈垂直方向设置于超重力溶液煮沸器罐体(1)内。
5.一种根据权利要求1所述的用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：发现振动；
S2：测量并推算振动场频率；
S3：计算管束固有频率；
S4：重新设计管束结构，所述管束结构包括壁厚、间隙,或增加/减小对管束的约束；
S5：迭代计算新管束结构直至固有频率脱离振动场频率；
S6：对新管束结构加载振动场频率；
S7：研究新管束结构对振动场的频率响应灵敏度；
S8：响应值在合理范围内,得出模态和激励响应优化计算循环的计算结果。
6.根据权利要求5所述的一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器的设计方法，其特征在于：所述步骤S2中的振动场频率的测量模块包括光探测单元电性连接光传送单元，光传送单元电性连接数据处理单元，所述数据处理单元利用光电倍增管单元通过电性连接光电脉冲计数单元，所述光电脉冲计数单元通过电性连接数据处理设备，所述的光传送单元是光导纤维，所述的光探测单元是光探头，所述光探头就是光传送单元光导纤维的入光端。
7.根据权利要求5所述的一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器的设计方法，其特征在于：所述步骤S3中的管束固有频率计算包括模态分析和Connors公式计算两部分；模态分析部分负责计算换热管的固有频率和对应的振型；Connors公式计算则根据模态分析结果计算不同模态下的等效流速和临界流速。
8.根据权利要求5所述的一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器的设计方法，其特征在于：在所述超重力溶液煮沸器的模态设计中依据二氧化碳吸收剂富液的特殊多相流流场特性，串联独立的气液分离器，在换热前先气液预分离，达到稳定多相流、去除非换热相从而具有更高的换热效率。
9.根据权利要求5所述的一种用于二氧化碳捕集的超重力溶液煮沸器的设计方法，其特征在于：所述振动模态是弹性结构固有的、整体的特性，通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内的各阶主要模态的特性，就可以预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下产生的实际振动响应。
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