專利名稱：一種氣泡霧化噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種霧化噴嘴，更具體地說，涉及一種氣泡霧化噴嘴，適用于催化裂化 裝置進料霧化噴嘴。
背景技術(shù)：
在煉油設(shè)備中，進料霧化噴嘴的任務(wù)是將催化裂化裝置的原料油(重油、渣油或 二者的混合物)霧化成細小的液滴噴入提升管，在反應(yīng)溫度下，原料油氣化并在催化劑作 用下發(fā)生裂化反應(yīng)，然后經(jīng)過分離裝置，進行油氣、劑的分離進入下道工序。在催化裂化裝 置中，雖然原料油噴嘴的尺寸較小、價格也不是很貴，但其霧化性能卻對催化裂化最終的產(chǎn) 品收率影響很大，所以引起多方重視。煉油過程中，原料油通過催化裂化裝置上噴嘴的整個運行過程是復(fù)雜的流體力學 氣(水蒸汽)液(原料油)兩相流動過程，原料又是粘性流體，它還屬于粘性流范疇。經(jīng)分 析研究，若通過噴嘴直接進入反應(yīng)區(qū)的原料油微滴不均勻，則被破碎成霧狀微細顆粒的覆 蓋面積小，與催化劑的混合接觸機會相應(yīng)減小，破碎不均勻，且噴嘴的出口面磨損大，使用 壽命低，蒸汽用量大，催化劑損耗大，導(dǎo)致生成成本增加，影響企業(yè)經(jīng)濟效益。液體霧化過程是克服液體表面張力做功、將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為液滴表面能的 過程，如何使其他形式的能量有效地轉(zhuǎn)化為表面能是能否將液體良好霧化的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的霧化噴嘴由混合腔和噴出段組成，在混合腔中，被霧化的液體與霧化蒸汽 相遇，相互剪切撕裂，形成相互摻混的兩相流，然后通過噴出段的噴孔噴出。這些噴嘴都是 基于流體動力學的流動穩(wěn)定性理論，在混合腔中產(chǎn)生盡可能大的氣液兩相速度差，使液柱 或者液膜在氣體介質(zhì)中失穩(wěn)而破裂成小液滴。由于需要極大的氣液兩相速度差才能達到撕 裂和破碎液體的目的，所以須采用極大的進氣速度和氣體入口壓力，有的甚至達到了超音 速，能耗較大，且會產(chǎn)生脈動，使反應(yīng)器床層振動，影響裝置的使用安全。如果達不到所要 求的速度，噴嘴就難以正常工作，霧化效果急劇惡化，操作彈性比較差。氣泡霧化噴嘴是20世紀80年代出現(xiàn)的一種新型氣動霧化噴嘴，其主要思想是將 高壓空氣在流動的燃油中產(chǎn)生氣泡，用氣泡作為霧化的動力，利用氣泡的產(chǎn)生、運動、變形 直到離開噴嘴出口爆破來產(chǎn)生非常細的液霧。與傳統(tǒng)噴嘴的霧化方式不同，氣泡霧化噴嘴 是利用氣泡的爆破能使液體破碎霧化。含細小氣泡的氣液兩相流在離開噴嘴時，由于環(huán)境 壓力突然降低，氣泡迅速膨脹，將液滴爆裂形成均勻細小的液滴，此氣泡霧化過程中不僅利 用了氣相的動能，而且充分利用了氣相的勢能，因此能量的利用率高。由于氣泡霧化噴嘴充 分利用了氣體的機械能，不必像傳統(tǒng)霧化噴嘴那樣只是盡可能大地利用氣液相對速度差來 達到撕裂和破碎氣泡的目的，較低的氣體注入速度即可實現(xiàn)液體的霧化，氣液之間的壓差 也可以較低，只保持氣體能注入液體一定濃度的壓差即可。目前廣泛采用的氣動霧化噴嘴主要采用氣液速差將液滴破碎，氣液接觸面積小， 氣體的能量只有很少一部分轉(zhuǎn)化為液滴的表面能，能量利用率低；而氣泡霧化噴嘴的氣液 接觸面積大，并充分利用氣泡離開噴口后的壓力突降、體積變大、釋放勢能所產(chǎn)生的爆破將液滴霧化，能量利用率高；但只有在混合室內(nèi)形成理想泡狀流須在一定的結(jié)構(gòu)和工作參數(shù) 條件下才可以實現(xiàn)良好霧化，如供氣孔過大或在非工作范圍內(nèi)則不可能形成均勻泡狀流， 導(dǎo)致霧化效果變差。當流速過低或者湍動不強時，氣泡容易聚并導(dǎo)致氣液分相，對于非垂直 放置的噴嘴，由于重力的作用，更容易出現(xiàn)氣液分層的情況。因此，只有設(shè)計一種合理的噴 嘴結(jié)構(gòu)，氣體注入液體中，可在液體中形成數(shù)量眾多、尺寸細小、分布均勻的氣泡，并使噴嘴 能夠在較大的操作范圍內(nèi)具有良好的氣液泡狀流，且在混合腔的高速運動中氣泡不聚并， 使產(chǎn)生的氣泡在離開噴口后因膨脹而炸裂，產(chǎn)生均勻的液霧，才能實現(xiàn)良好的液體霧化。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的要解決的技術(shù)問題是提供一種霧化液滴粒度均勻且細小、霧化角度 大、使用壽命長的高性能催化裂化裝置原料油噴嘴。本實用新型提供的一種氣泡霧化噴嘴，包括內(nèi)管1、中管2和外管4，其中內(nèi)管1、中 管2和外管4為同軸的三層套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)管1和中管2之間的環(huán)隙空間為混合腔5，內(nèi)管1 空間和中管與外管間的環(huán)隙空間為兩個氣體腔，混合腔5和氣體腔之間的管壁開有氣孔6， 所述的混合腔5連通液體入口 3，兩個氣體腔分別連通氣體入口 11，中管2的頂部為噴頭9， 噴頭9上開有噴孔10。本發(fā)明提供的氣泡霧化噴嘴的有益效果為本實用新型提供的氣泡霧化噴嘴采用氣體從內(nèi)外兩側(cè)進入液相中進行混合，避免 了單側(cè)進氣可能導(dǎo)致氣液分層、造成氣液混合不均勻等情況的發(fā)生，且可以強化液相湍動， 破碎大氣泡，形成均勻細小的氣液泡狀流，霧化效果好。用于催化裂化裝置原料油噴嘴時，能將重油進料霧化成接近催化劑粒徑的細微霧 滴，且霧滴粒徑均勻而細小，能與催化劑在較大的空間范圍內(nèi)充分接觸，有利于重油催化裂 化的氣相反應(yīng)。在提升管的溫度下，均勻細小的原料油霧滴可迅速氣化，使裂化反應(yīng)在氣態(tài) 進行，提高輕質(zhì)油的產(chǎn)率，并降低生焦。由于噴嘴產(chǎn)生的噴霧射流具有一定的初速度，在提 升管進料段的催化劑密相流動中有一定的穿透力，可使噴霧射流達到提升管中部。噴霧射 流的形狀由噴頭前面的噴孔決定，可根據(jù)需要改變噴孔的形狀和排列次序，形成對提升管 截面的良好覆蓋，減小返混；且噴霧射流的速度可以迅速減弱，避免射到噴嘴對面的提升管 管壁，造成提升管內(nèi)的結(jié)焦的催化裂化裝置的進料霧化噴嘴。
圖1為本實用新型提供的一種氣泡霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為旋轉(zhuǎn)擋板的截面示意圖。
具體實施方式
本實用新型具體是這樣實施的本實用新型提供的一種氣泡霧化噴嘴，包括內(nèi)管1、中管2和外管4，其中內(nèi)管1、中 管2和外管4為同軸的三層套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)管1和中管2之間的環(huán)隙空間為混合腔5，內(nèi)管1 空間和中管與外管間的環(huán)隙空間為兩個氣體腔，混合腔5和氣體腔之間的管壁開有氣孔6， 所述的混合腔5連通液體入口 3，兩個氣體腔分別連通氣體入口 11，中管2的頂部為噴頭9， 噴頭9上開有噴孔10。在使用過程中，氣體由氣體入口 11進入氣體腔，液體由液體入口 3進入混合腔5，氣體通過氣孔6進入混合腔5。由于氣體從內(nèi)外兩側(cè)進入液相，避免了單側(cè)進氣可能導(dǎo)致氣 液分層、造成氣液混合不均勻等情況的發(fā)生，且可以強化液相湍動，破碎大氣泡，形成均勻 細小的氣液泡狀流。本實用新型提供的氣泡霧化噴嘴中，所述的內(nèi)管直徑與中管直徑的比值為 (0.4-0.8) 1。過小的內(nèi)管直徑會使內(nèi)側(cè)的氣孔面積減小，需要較大的氣孔數(shù)量才能實現(xiàn) 良好的氣液混合，對霧化過程不利；比值過大會使混合腔5的流道面積過小，使流動阻力變 大，能耗增加。本實用新型提供的氣泡霧化噴嘴中，當內(nèi)管1只有入口處與中管2相連時，容易使 噴嘴在操作過程中出現(xiàn)振動，使內(nèi)管的位置發(fā)生偏移，三個通道不同軸，影響噴嘴的正常工 作。優(yōu)選的方案是在所述的內(nèi)管1和中管2之間的前部設(shè)有旋轉(zhuǎn)擋板7，旋轉(zhuǎn)擋板7將內(nèi)管 1與外管2之間的環(huán)隙空間分為霧化腔8和混合腔5。所述的霧化腔8沿軸向的長度與中 管2的直徑的比值為(0.5-3) 1。所述的旋轉(zhuǎn)擋板7的厚度與中管2的壁厚相當，沿軸向 的長度與內(nèi)管1的直徑相當。所述的旋轉(zhuǎn)擋板7的安裝位置在靠近內(nèi)管1前端，如圖2所示，具有類似于風扇形 結(jié)構(gòu)，并對旋轉(zhuǎn)擋板7的迎風面進行了圓整，以減小流動阻力，降低能耗，這樣旋轉(zhuǎn)擋板既 具有固定內(nèi)管1的作用，又具有破碎氣泡、強化湍動的作用，避免當流量較小時，出現(xiàn)氣液 分層，對增大操作區(qū)間有利。擋板上開有孔，既可以減小流動阻力，又可以強化湍動、破碎大 氣泡。本實用新型提供的氣泡霧化噴嘴中，所述的混合腔5兩側(cè)邊壁的氣孔軸線與混合 腔5兩側(cè)邊壁斜切，且與三套管軸線的夾角為30° 75°，對于垂直兩相流動，操作不當 容易出現(xiàn)栓塞流或攪拌流；對于水平流動，容易出現(xiàn)分層流、間歇流。這樣既可以保證液滴 霧化所需要的氣量，又避免由于氣流速度過高，直接噴射至對面通道邊壁所導(dǎo)致的氣液分 層，且斜向進氣可以使液體在混合腔內(nèi)具有一定的角速度，使液體內(nèi)在混合腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)前進， 具有破碎氣泡的作用，有利于氣液泡狀流的形成。本實用新型提供的氣泡霧化噴嘴中，所述進氣孔6的直徑為其所在管直徑的 1% _50%。過小的氣孔會造成加工困難且導(dǎo)致流動阻力增加，過大的氣孔不利于在液相形 成均勻細小的氣泡。當液體處理量較大時，優(yōu)選在所述的氣孔6兩側(cè)襯有絲網(wǎng)，既不增加阻 力又可形成均勻的小氣泡；氣孔的數(shù)量以保證一定的氣液速度差為標準，保證射流深度達 2/3徑向深度，不宜過大，也不宜過小。本實用新型提供的氣泡霧化噴嘴中，所述的內(nèi)管1頂端為半球形或半橢球形，且 開有噴孔，噴孔孔徑與內(nèi)管1邊壁的氣孔孔徑相當，噴孔的軸線垂直于噴孔所在的切平面。本實用新型提供的氣泡霧化噴嘴中，所述的旋轉(zhuǎn)擋板7、內(nèi)管頂部及中管頂部所圍 的空間為霧化腔8，在霧化腔內(nèi)，由于氣液流道直徑突然變大，壓力降低，速度變化較大，湍 動強度加劇，氣液兩相進一步均勻混合，液體得到初步霧化；霧化腔8的長度不宜過大，否 則湍動強度會逐漸減弱，導(dǎo)致氣泡聚并，因此合適的霧化腔8長度對于實現(xiàn)良好的液體霧 化具有重要意義，此處霧化腔8的長度與中管2直徑的比值為(0.5-3) 1。附圖1為本實用新型提供的一種氣泡霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖，下面參照附圖說明 本實用新型的工作過程，但本實用新型并不受到任何限制由附圖1可見，本實用新型所述氣泡霧化噴嘴由內(nèi)管1、中管2、外管4、旋轉(zhuǎn)擋板7、噴頭9組成，內(nèi)管1和中管2圍成的邊壁上氣孔6沿斜切向進入混合腔5，且氣孔6的軸 線與內(nèi)管1軸線的夾角介于30° 75°之間。內(nèi)管1與中管2的后端可通過焊接、法蘭或 螺紋連接，內(nèi)管1與中管2的前部，旋轉(zhuǎn)擋板7焊接在內(nèi)管1外側(cè)成攪拌漿形，擋板外側(cè)與 中管2內(nèi)側(cè)通過焊接或螺紋連接。中管2與外管4的前后兩端可以法蘭、螺紋或焊接密封。 噴頭9上噴孔10的結(jié)構(gòu)與排布可以根據(jù)噴嘴的安裝位置及所需的噴霧形狀決定。各噴孔的 軸線與內(nèi)管的軸線交于一點，可根據(jù)液體流量及噴嘴安裝角度的不同，調(diào)整噴孔10軸線與 內(nèi)管軸線間的夾角。由于各噴孔噴出的液霧呈一定角度，相互分開向前運動，不會因匯集而 凝聚成為大液滴，并且由于液滴與周圍環(huán)境間仍存在較大的速度差，對液滴表面形成擾動， 這種擾動會使液滴得到進一步霧化，噴霧的形狀可通過噴孔的形狀及排布次序調(diào)節(jié)。氣體從混合腔5兩側(cè)以一定的速度和角度進入液相，由于氣孔6的尺寸較小，氣體 以小氣泡的形式進入液相，且由于氣體的攪動作用，混合腔5內(nèi)的氣液混合物具有較高的 湍動強度，使氣泡不會因為碰撞而聚并為大氣泡導(dǎo)致氣液分層。旋轉(zhuǎn)擋板7及其上的流孔 也具有進一步破碎氣泡、強化湍動的作用，使氣液混合物分散形成均勻的氣液泡狀流。噴嘴前部的噴頭9上沿一定的半徑方向開有若干噴孔10，噴孔的直徑與中管2直 徑的比介于0. 1 0. 3之間，均勻的氣液泡沫流在霧化腔8內(nèi)初步霧化，經(jīng)噴孔10離開噴 嘴。氣液以泡沫流的形式離開噴嘴，由于環(huán)境壓力突然降低，使氣泡減壓膨脹，體積增加，氣 泡炸裂所釋放的勢能將其周圍的液體破碎成均勻微小的液滴，實現(xiàn)液體的良好霧化。由上 述過程可以看出，由于本實用新型噴嘴所采取的三套管結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠在混合腔內(nèi)形成理 想的泡狀流，不僅充分利用了氣體的動能，而且利用了氣體的勢能，在壓降很小的情況下， 即能在混合腔內(nèi)形成非常均勻的氣液兩相流，使離開噴孔10后的霧化液滴均勻細小。為了 保證噴嘴能夠長周期運行地，噴孔處要作耐磨處理。應(yīng)用相位多普勒粒度儀測量霧化液滴粒徑，較大液體流量時，本實用新型提出的 氣泡霧化噴嘴，可能將粘度為4mPa. s的液體霧化為平均粒徑55 80 μ m的細小液滴。由 于液滴呈一定的粒徑分布，可以使液滴更好的分布于不同空間范圍內(nèi)，避免反應(yīng)的局部過 于劇烈，并且由于液滴尺寸較小，避免了在催化劑表面停留時間過長而導(dǎo)致催化劑積碳。
權(quán)利要求1.一種氣泡霧化噴嘴，其特征在于包括內(nèi)管(1)、中管( 和外管G)，其中內(nèi)管(1)、 中管⑵和外管(4)為同軸的三層套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)管⑴和中管(2)之間的環(huán)隙空間為混合 腔(5)，內(nèi)管(1)空間和中管與外管間的環(huán)隙空間為兩個氣體腔，混合腔(5)和氣體腔之間 的管壁開有氣孔(6)，所述的混合腔( 連通液體入口(3)，兩個氣體腔分別連通氣體入口 (11)，中管(2)的頂部為噴頭(9)，噴頭(9)上開有噴孔(10)。
2.按照權(quán)利要求1的霧化噴嘴，其特征在于所述的內(nèi)管(1)和中管(2)之間的環(huán)隙設(shè) 有旋轉(zhuǎn)擋板(7)，旋轉(zhuǎn)擋板(7)將內(nèi)管(1)與外管( 之間的環(huán)隙空間分隔為霧化腔(8)和 混合腔(5)。
3.按照權(quán)利要求2的霧化噴嘴，其特征在于所述的霧化腔(8)沿軸向的長度與中管 (2)的直徑的比值為(0.5-3) 1。
4.按照權(quán)利要求1、2或3的霧化噴嘴，其特征在于所述的內(nèi)管(1)直徑與中管(2)直 徑的比值為(0.4-0.8) 1。
5.按照權(quán)利要求1、2或3的霧化噴嘴，其特征在于所述的混合腔(5)兩側(cè)邊壁的氣孔 軸線與混合腔(5)兩側(cè)邊壁斜切，且與三套管軸線的為30° 75°。
6.按照權(quán)利要求1、2或3的霧化噴嘴，其特征在于所述的氣孔(6)的直徑為孔所在管 直徑的-50%。
7.按照權(quán)利要求2或3的霧化噴嘴，其特征在于所述的內(nèi)管(1)頂端為半球形或半 橢球形，且開有小孔，孔徑與內(nèi)管(1)邊壁的孔徑相同，孔的軸線方向垂直于其所在的切平
8.按照權(quán)利要求1、2或3的霧化噴嘴，其特征在于所述的氣孔(6)兩側(cè)管壁襯有絲網(wǎng)。
9.按照權(quán)利要求1的噴嘴，其特征在于所述的噴頭(9)頂部各噴孔(10)的軸線與內(nèi)管 軸線相交于一點。
專利摘要一種氣泡霧化噴嘴，其特征在于由內(nèi)管(1)、中管(2)、外管(4)和噴頭(9)組成，其中內(nèi)管(1)、中管(2)和外管(4)為同軸的三層套管結(jié)構(gòu)，中管(2)和外管(4)之間的環(huán)隙空間為混合腔(5)，內(nèi)管(1)空間和中管與外管間的環(huán)隙空間為兩個氣體腔，混合腔(5)和氣體腔之間的管壁開有氣孔(6)，所述的混合腔(5)連通液體入口(3)，兩個氣體腔分別連通氣體入口(11)，中管(2)的頂部為噴頭(9)，噴頭(9)上開有噴孔。本實用新型提供的氣泡霧化噴嘴采用氣體從內(nèi)外兩側(cè)進入液相中混合，避免了單側(cè)進氣可能導(dǎo)致氣液分層、造成氣液混合不均勻等情況的發(fā)生，且可以強化液相湍動，破碎大氣泡，形成均勻細小的氣液泡狀流，霧化效果好。
文檔編號B05B7/08GK201900063SQ20102054737
公開日2011年7月20日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者侯栓弟, 張同旺, 武雪峰 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院