组合约束型提升管内压力脉动时间序列的分析

摘要

“提升管+气固分布器+流化床层”形式的组合约束型提升管在石油炼制等领域得到了较多的研究与应用，虽然对组合约束型提升管反应器内的流动获得了较为深入的认识，并对其进行了指导和改进了操作，但相关研究主要集中于宏观或时均流动参数方面，且在工业应用中，有床层操作模式较零床层操作模式还存在装置振动与操作参数波动较大的问题，所以还需要对其进行更为深入的研究，特别是流动参数的微观或瞬态变化特性。因此，本文以提升管内压力脉动信号和差压脉动信号为主要研究内容，主要依托小波时频双域分析方法，分别对组合约束型提升管零床层操作模式与有床层操作模式进行了对比研究，以期为深入了解组合约束型提升管的瞬态流动特性及其影响机制提供基础数据与理论支撑。 在时域上对组合约束型提升管内压力脉动信号标准偏差分析的结果表明，在不同操作条件下均呈现有床层操作模式下的压力脉动标准偏差明显高于零床层操作模式下的压力脉动标准偏差；两种操作模式下，压力脉动标准偏差随操作条件及沿轴向的变化趋势不同：零床层操作模式下，压力脉动标准偏差主要随提升管内颗粒浓度增加而增加，沿轴向呈降低趋势；有床层操作模式下，压力脉动标准偏差随着表观气速增加而增加，随着颗粒循环强度增加而先降低再增加，沿轴向随着颗粒循环强度增加，由单调降低趋势逐渐转变为先降低再增加的趋势。 在时频双域上对组合约束型提升管内压力脉动信号小波分析的结果表明，零床层操作模式下，压力脉动信号主频为A7(0~0.390625Hz）和D5（1.5625~3.125Hz）频段，有床层操作模式下的压力脉动主频为A7(0~0.390625Hz）和D2（12.5~25Hz）频段。A7频段为一种全局性压力脉动，主要受提升管段进料的不连续性及其与进料口下方提升气体相互作用的影响；D2频段为一种全局性压力脉动，主要受提升管出口气固分布器+流化床层对提升管内气体（或气固两相）流动的约束、以及这种约束影响下的气体脉动行为影响；D5为一种局部性压力脉动，主要受到提升管内气体悬浮和输送颗粒耗能的影响，反映的是提升管局部气体和颗粒之间、颗粒与颗粒之间的相互作用，以及颗粒团聚物聚集和解体等行为的影响。组合约束型提升管内压力脉动能量主要受各操作模式下主频加和能量的影响。上部床层高度增加，提升管出口阻力增大，D2频段能量增加；气固分布器开孔率增加，会导致床层内压力脉动增大，致使D2频段能量增加。

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