黃杉

關(guān)鍵字：渦流管;朗格一希爾茨效應(yīng);焦湯效應(yīng);自適應(yīng)

1、前言

著重研究渦流效應(yīng)在天然氣輸配行業(yè)的加熱效果及推廣應(yīng)用價(jià)值，通過對(duì)渦流特性分析，然氣輸配系統(tǒng)運(yùn)行特征分析.得出渦流加熱的優(yōu)越眭。雖然渦流技術(shù)已在很多工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但目前為止，天然氣領(lǐng)域的渦流技術(shù)應(yīng)用依然處于起步階段，由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，決定了渦流技術(shù)將在天然氣行業(yè)有廣泛的應(yīng)用前景。

2、渦流現(xiàn)象及渦流溫度分離技術(shù)

渦流現(xiàn)象是在1928年的一個(gè)相當(dāng)偶然的發(fā)現(xiàn)，法國(guó)物理學(xué)家喬治.朗格在做物理實(shí)驗(yàn)時(shí)察覺這一奇怪的現(xiàn)象，在沒有任何可移動(dòng)零部件的簡(jiǎn)單裝置里面，同時(shí)出現(xiàn)了不同溫度的冷、熱空氣，因此他開始著手研究、開發(fā)這種頗具商業(yè)應(yīng)用前景的裝置，然而，他因研究沒有獲得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展而沉寂了。到了1945年德國(guó)物理學(xué)家魯?shù)婪?希爾茨對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了進(jìn)一步研究和對(duì)渦流管改進(jìn)。取得了相當(dāng)好的成果，并于1947年發(fā)表了他的研究與改進(jìn)成果的技術(shù)論文，因此，渦流現(xiàn)象廣泛傳播開來。后來人們?yōu)榧o(jì)念這兩位發(fā)現(xiàn)并研究渦流現(xiàn)象的科學(xué)先驅(qū)，就將渦流效應(yīng)稱作朗格一希爾茨效應(yīng)，同時(shí)將產(chǎn)生這種現(xiàn)象的裝置渦流管叫朗格一希爾茨效應(yīng)管。高壓氣體從噴嘴處進(jìn)入，經(jīng)噴嘴內(nèi)膨脹加速后，以很高的速度沿切線方向進(jìn)入渦流。氣流在渦流室內(nèi)形成高速渦旋，經(jīng)過渦流變換后產(chǎn)生溫度的分離。處于中心部位的氣流溫度較低，由冷端孔板流出，形成冷氣流;而處于外層部位的氣流溫度較高，從熱端經(jīng)調(diào)節(jié)閥流出，形成熱氣流，這一現(xiàn)象即被稱為“渦流效應(yīng)”。調(diào)節(jié)裝存熱端的針形調(diào)節(jié)閥可用于調(diào)節(jié)冷熱流比例，從而得到最佳制冷或制熱效應(yīng)。

3、優(yōu)化渦流管熱結(jié)構(gòu)以適應(yīng)在天然氣行業(yè)的應(yīng)用

渦流管特定的結(jié)構(gòu)決定了其明顯而有效的制冷和加熱功能，在一般情況下，渦流發(fā)生器的流道特征、渦流發(fā)生器的內(nèi)腔幾何特征、熱管的長(zhǎng)度、直徑、渦流管內(nèi)腔壁的處理方式、渦流管冷熱端幾何尺寸的比例等因素決定了渦流管能量分離的效率。在天然氣應(yīng)用上，如何將渦流管的制熱效應(yīng)發(fā)揮到最大化，是我們著重考慮的問題。首先，加熱方式上，我們不能采用渦流管產(chǎn)生的高溫天然氣來直接加熱消除因焦湯效應(yīng)而產(chǎn)生的凍堵問題，因?yàn)?，渦流管的處理功率有限，而且產(chǎn)生的熱氣量占總處理氣量的份額（熱效比）有限，因此直接加熱大量因焦湯效應(yīng)而產(chǎn)生的低溫天然氣是不可能的，因此我們只能考慮間接加熱，也就是利用渦流管的制熱管的外壁熱量來進(jìn)行有效的熱交換，這樣達(dá)到加熱效果。不但如此，我們還要解決渦流管的熱端產(chǎn)生的熱氣走向問題，因?yàn)樘烊粴庑袠I(yè)是不允許有任何氣體泄露的，我們不能因?yàn)榧訜岫狗艧霟岬拇笕粴?。其次，渦流管通常是減壓狀態(tài)下工作的，因此焦湯效應(yīng)和渦流效應(yīng)疊加的結(jié)果是制冷量大于制熱量，也就是其熱效相當(dāng)有限，我們?nèi)绾蝸硗ㄟ^改善渦流管的幾何特征來提高渦流管的熱效以滿足我們的加熱需要。最后一個(gè)問題就是，渦流管是一個(gè)減壓能量分離裝置，我們?nèi)绾谓鉀Q減壓過程中的焦湯效應(yīng)而造成的渦流管本身的減壓凍堵問題。為此渦流管的結(jié)構(gòu)因天然氣加熱的特殊性必須作兩個(gè)階段的改進(jìn)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)意義上的渦流管運(yùn)行時(shí)很大一部分熱量散發(fā)是通過熱端的渦流熱氣散發(fā)我們對(duì)熱端進(jìn)行減小熱氣散失的處理（局部封堵口），可以將原來散失的大部分熱量轉(zhuǎn)移到熱端管的管壁，這樣，由于渦流效應(yīng)過程的連續(xù)累積和強(qiáng)化，勢(shì)必造成渦流管熱管管壁溫度的大幅度上升，這與傳統(tǒng)的雙流渦流管相比，渦流管熱端管壁的溫度大大提高，從而給我們需要的壁式熱交換提供更有效的可能性。因?yàn)樘烊粴馐嵌喾N烴類、水份和其他部分雜質(zhì)組成的混合物，因此，在輸配過程中的劇烈減壓時(shí)，部分物質(zhì)因?yàn)槁饵c(diǎn)很高，容易因冷凝造成液化和固化，這樣勢(shì)必造成渦流裝置本身在工作時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的凍堵，為了解決這個(gè)問題，我們從渦流管熱端取出部分渦流熱氣來加熱渦流管這個(gè)容易凍堵的減壓口（渦流管本身的渦流氣入口）。這樣通過以上兩個(gè)程序的改造，傳統(tǒng)意義上的雙流渦流管就變成了自熱型單流渦流管。在天然氣輸配過程中，因減壓膨脹吸熱（焦湯效應(yīng)）而造成主輸配干線凍堵的情況并不多見，因?yàn)橹鞴芫€管徑很大，而且天然氣輸配主管線中調(diào)壓閥開度一般都很大，在調(diào)壓閥打開瞬間雖然出現(xiàn)劇烈的溫降過程，但因?yàn)榫薮蟮膲翰詈蛷?qiáng)烈的氣流沖擊，因此主干線雖然有溫降現(xiàn)象但不至于產(chǎn)生嚴(yán)重的凍堵現(xiàn)象，但是，對(duì)于先導(dǎo)氣的情況就不一樣了，由于上下游壓差很大，加之先導(dǎo)閥的引壓管管徑較小，先導(dǎo)氣的氣流量也很小，因此，只要焦湯效應(yīng)條件存在，就極容易出現(xiàn)凍堵現(xiàn)象，這樣就容易造成調(diào)壓過程處于嚴(yán)重的失控狀態(tài)，所以，傳統(tǒng)的辦法使用外界能源對(duì)先導(dǎo)氣進(jìn)行加熱。如安裝電加熱棒，纏繞電伴熱帶。在此，我們則采用的是渦流先導(dǎo)燃?xì)饧訜崞?。如上文所述，在解決了渦流制熱效率、加熱方式和渦流管本身凍堵問題以后，我們就可以將這樣的渦流管進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)成可以直接給先導(dǎo)氣加熱的設(shè)備一一渦流先導(dǎo)燃?xì)饧訜崞鳌?/p>

4、結(jié)束語(yǔ)

綜合以上簡(jiǎn)介和VPGH本身的特性，我們可以得出帶有VPGH加熱系統(tǒng)帶有十分明顯的優(yōu)越性，對(duì)天然氣管道調(diào)壓站進(jìn)行VPGH加熱改造能真正體現(xiàn)安全、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)越性，因而VPGH的推廣應(yīng)用十分必要。

正是基于以上原因，我們認(rèn)為，VPGH是天然氣輸配系統(tǒng)中調(diào)壓設(shè)備先導(dǎo)氣加熱環(huán)節(jié)的十分優(yōu)秀的附屬加熱設(shè)備，它必將在這個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮十分重要的作用。但應(yīng)注意，在安裝VPGH時(shí)需要調(diào)壓設(shè)備專業(yè)工程師配合指導(dǎo)安裝，以免影響調(diào)壓設(shè)備的正常運(yùn)行。