一種評價燃機輪機空氣進氣過濾器抗溼性能的方法和裝置與流程
2023-07-03 04:32:56
本發明涉及燃氣輪機空氣進氣系統領域，可以擴展到使用一般通風過濾器的旋轉機械、暖通等領域，具體涉及一種評價燃機輪機空氣進氣過濾器抗溼性能的方法和裝置。
背景技術：
：傳統評價一般通風過濾器的方法和依據主要按照GB14295(空氣過濾器)、EN779(一般通風過濾器-過濾性能的測定)、ASHRAE52.2(根據顆粒大小的效率測試一般通風過濾器的方法)和ISO29461-1-2013(一般通風過濾器-過濾性能的測定)等標準，隨著濾紙技術和生產工藝的進步，傳統標準中阻力、效率和容塵量等評價方法已經無法滿足生產的實際需要，特別當過濾器在較高溼度的環境中使用時。燃機空氣進氣過濾器作為外界空氣進入燃機的唯一一道防線，對燃機安全運行和工作效率有著舉足輕重的影響。我國地面燃機主要分布在油氣管道沿線以及京津、長三角、珠三角等地區，其進氣過濾系統普遍存在遇潮溼天氣阻力急劇升高的現象，致使燃機被迫降負荷運行或者停機。究其原因在於一直以來缺失過濾器抗溼性能評價的方法和標準，導致沒有辦法針對高溼環境評價或選用抗溼性能較好的過濾器。當抗溼性能較差的過濾器在低溫季節以及高溼天氣運行時，由於高速氣流經過濾器時被攔截下的液態霧滴和節流效應析出液態水的綜合作用，導致過濾器壓差短時間大幅升高，嚴重影響機組安全經濟運行。過濾器抗溼性能的評價方法無論在國際還是在國內都屬於空白，故本專利的方法對解決燃機進氣過濾器面臨的「溼堵」難題、規範空氣過濾器製造廠家的生產都具有重要的意義。技術實現要素：針對現有過濾器檢測技術和評價標準的缺失，本發明第一目的在於提供一種能夠評價燃機進氣空氣過濾器抗溼性能的方法，從過濾器本身入手，量化過濾器阻力受高溼空氣脅迫時隨時間的變化過程，以此來評價過濾器抗溼性能的優劣；本發明第二目的在於提供一種評價燃機輪機空氣進氣過濾器抗溼性能的裝置。上述目的是通過如下技術方案實現的：一種評價燃機輪機空氣進氣過濾器抗溼性能的方法：將加溼空氣連續通過待測試進氣過濾器，實時測定待測定過濾器進氣側與出氣側的壓力差，即待測試過濾器進氣阻力ΔP，再將阻力ΔP根據公式1修正成ΔP1.203，根據進氣過濾器在設定時間內ΔP1.203的變化值或ΔP1.203達到設定數值經歷的時間對進氣過濾器劃分等級，評價進氣過濾器抗溼性能；公式1如下：其中，ρ1.203＝1.203kg/m3，u1.203＝17.853×10-6Pa·s，ρ和u分別根據公式2和公式3計算：其中，pv根據公式4計算：其中，為加溼空氣的相對溼度，ps根據公式5計算：其中，公式2、3、5中的t和p代表加溼空氣的溫度和壓力；上述公式1指數中n的計算方法為：測得進氣過濾器入口處的空氣體積流量qv和進氣過濾器阻力ΔP，根據公式Δp＝c(qv)n、c＝k×u2-n×ρn-1，用最小二乘法求得；其中，k為常數。進一步地，相對溼度為的加溼空氣經過相對溼度為的未加溼空氣加溼而得，加溼量ml通過公式6計算確定：ml＝qvρ0(d-d0)(公式6)其中，qv為未加溼空氣的體積流量，d0和d分別為未加溼空氣和加溼空氣的含溼量，依次通過公式7和公式8計算得到；ρ0為未加溼空氣的密度，通過公式9計算得到；其中，ps0和ps通過公式10和公式11計算得到：其中，公式7、8、9中的p0和p分別代表未加溼空氣和加溼空氣的壓力；公式10和公式11中t0和t分別代表未加溼空氣和加溼空氣的溫度。進一步地，加溼空氣的相對溼度大於95％。設定時間優選為0.5-10小時，也可以根據實際標準要求設定相應值；所述設定數值優選為200-800Pa，也可以根據實際標準要求設定相應數值。一種評價燃機輪機空氣進氣過濾器抗溼性能的裝置：包括大氣進氣室、溼空氣預混室、待測過濾器管段、流量計和風機；所述大氣進氣室內布置有壓力、溫度、溼度傳感器，大氣進氣室與溼空氣預混室之間通過管道連接，管道內設有由多個霧化噴嘴組成的大氣加溼器；所述待測過濾器管段與溼空氣預混室相連，內部布置有待測過濾器，待測過濾器之前和之後分別布置有壓力、溫度、溼度傳感器；所述待測過濾器管段之後的管道內設有流量計和風機。進一步地，所述大氣進氣室的進氣面布置有過濾器。進一步地，所述大氣進氣室內布置有一次迴風系統。進一步地，所述大氣加溼器連接有PID控制器。進一步地，霧化噴嘴的布置方向與大氣流動方向相反。進一步地，所述待測過濾器管段設有觀察窗。進一步地，所述風機為軸流風機。本發明的有益效果：1、本發明提供的方法在國內和國際上均屬於第一次提出，從過濾器本身入手，量化過濾器阻力受高溼空氣脅迫時隨時間的變化過程，以此來評價過濾器抗溼性能的優劣，該方法適用於一般通風過濾器的評價，對解決燃機進氣過濾器面臨的「溼堵」難題、規範空氣過濾器製造廠家的生產都具有重要的意義；2、本發明提供的裝置選用臥式系統，布置合理，可保證水霧與空氣充分快速混合，可靠地用於研究評價燃機輪機空氣進氣過濾器抗溼性能。附圖說明圖1為本發明評價方法的邏輯框圖；圖2為本發明評價裝置的結構示意圖；圖3為抗溼性能變化曲線；圖2中，1-進氣面(布置高效過濾器)；2-大氣進氣室(可含一次迴風系統)；3-大氣壓力、溫度、溼度傳感器；4-霧化噴嘴；5-PID控制器；6-溼空氣預混室；7-濾前壓力、溫度、溼度傳感器；8-待測過濾器管段；9-觀察窗；10-濾後壓力、溫度、溼度傳感器；11-流量計；12-軸流風機。具體實施方式下面結合附圖具體介紹本發明的技術方案。一種評價燃機輪機空氣進氣過濾器抗溼性能的方法：將加溼後的空氣經過進氣過濾器，測得進氣過濾器阻力ΔP，再將阻力ΔP根據公式1修正成ΔP1.203，根據進氣過濾器在一定時間內ΔP1.203的變化值或ΔP1.203達到一定數值經歷的時間對進氣過濾器劃分等級，評價進氣過濾器抗溼性能。試驗所測數據按標準空氣密度1.203kg/m3進行修正，此密度對應標準狀態的大氣經加溼達到飽和狀態下的密度。試驗驗證，空氣密度在1.16kg/m3～1.24kg/m3間時不需修正。公式1如下：其中，ρ1.203＝1.203kg/m3，u1.203＝17.853×10-6Pa·s，ρ為溫度t(℃)、大氣壓p(Pa)和相對溼度下的空氣密度(kg/m3)，根據公式2計算；u為溫度t(℃)下的動力粘度(Pa·s)，根據公式3計算：其中，pv為空氣中的水蒸汽分壓，根據公式4計算：其中，為加溼空氣的相對溼度；ps(Pa)為空氣溫度t(℃)時的飽和蒸汽壓，根據公式5計算：其中，公式2、3、5中的t和p代表加溼空氣的溫度和壓力；上述公式1指數中n的計算方法為：測得進氣過濾器入口處的空氣體積流量qv(單位m3/s)和進氣過濾器阻力ΔP(單位Pa)，根據公式Δp＝c(qv)n、c＝k×u2-n×ρn-1，用最小二乘法求得；其中，k為常數；μ為氣體動力粘度(單位Pa·s)；ρ為空氣密度(單位kg/m3)。最小二乘法計算方法為公知的計算方法，簡單介紹如下：原式為冪函數取對數得到：lnΔp＝lnk+(2-n)lnu+(n-1)lnρ+nlnqvlnΔp-2lnu+lnρ＝lnk+n(lnqv+lnρ-lnu)在不同進氣溫度下，可以獲得Δp、u、ρ和qv試驗數據；可以確定簡化的線性擬合函數：進而通過最小二乘解求得n值。進一步地，相對溼度為的加溼空氣經過相對溼度為的未加溼空氣加溼而得，加溼量ml通過公式6計算確定：ml＝qvρ0(d-d0)(公式6)其中，qv為未加溼空氣的體積流量，d0和d分別為未加溼空氣和加溼空氣的含溼量，依次通過公式7和公式8計算得到；ρ0為未加溼空氣的密度，通過公式9計算得到；其中，ps0和ps通過公式10和公式11計算得到：其中，公式7、8、9中的p0和p分別代表未加溼空氣和加溼空氣的壓力；公式10和公式11中t0和t分別代表未加溼空氣和加溼空氣的溫度。一種評價燃機輪機空氣進氣過濾器抗溼性能的裝置，如圖2所示，包括大氣進氣室、溼空氣預混室、待測過濾器管段、流量計和風機；所述大氣進氣室內布置有壓力、溫度、溼度傳感器，大氣進氣室與溼空氣預混室之間通過管道連接，管道內設有由多個霧化噴嘴組成的大氣加溼器；所述待測過濾器管段與溼空氣預混室相連，內部布置有待測過濾器，待測過濾器之前和之後分別布置有壓力、溫度、溼度傳感器；所述待測過濾器管段之後的管道內設有流量計和風機。其中，所述大氣進氣室的進氣面布置有過濾器；所述大氣進氣室內布置有一次迴風系統；所述大氣加溼器連接有PID控制器；霧化噴嘴的布置方向與大氣流動方向相反；所述待測過濾器管段設有觀察窗；所述風機為軸流風機。評價動態高中效過濾器實施案例：利用本發明臥式試驗臺，待評價的過濾器A水平放置。室內進氣空氣溫度為20℃，相對溼度為65％，設定通風流量為3400m3/h，預設空氣狀態為100％相對溼度飽和狀態。由該裝置根據進氣空氣溫溼度計算和控制目標空氣狀態所需加溼量的，由上述公式計算加溼量為6.85kg/h，使得進氣空氣相對溼度達到100％。抗溼性能變化曲線如圖3，過濾器A初始壓差為120Pa，經歷三個小時溼空氣後壓差逐漸增大至320Pa。動態高中效過濾器評價指標(EF)如表1所示，根據EF＝f(Δp,ml,T)，ml＝6.85kg/h時，進一步設定三小時壓差變動數值EF0、EF1、EF2為150Pa、300Pa和500Pa三檔(此為經過大量試驗，推薦數值)。如低於三小時達到500Pa，則按照達到500Pa的時間分檔(時間和阻力，先到者為準)。過濾器A的抗溼試驗中三小時壓差升高200Pa，根據推薦評價指標抗溼等級為EF1，抗溼性能在同類產品中為優。表1動態高中效過濾器評價指標(ml＝6.85kg/h，RH＝100％)等級三小時壓差變化值(Pa)變化500Pa時間(h)評價EF0小於150優+EF1小於300優EF2小於500優-EF3N/A2h≤T<3h良+EF4N/A1h≤T<2h良EF5N/A0.5h≤T<1h良-EF6N/A<0.5h差綜上，本發明實際應用中包括如下四個步驟，邏輯如圖1所示：步驟1，確定本方法的測試裝置。前文所提及的國內外相關標準中一般通風過濾器的性能測試試驗臺均為水平布置的試驗裝置。同樣在國內發電用氣輪機進氣系統多採用選用臥式系統，進氣系統中的過濾器水平布置。本發明專利以水平布置的試驗臺對抗溼性能試驗進行描述，如圖2所示。試驗臺中主要包含幹空氣進氣室、霧化裝置、溼空氣預混室、待測過濾器管段及軸流風機。整套試驗裝置採用負壓進氣。為了保證水霧與空氣充分快速混合，噴嘴噴霧方向與幹空氣氣流方向相反。霧化裝置包含潔淨水系統、高壓水泵、霧化噴嘴、傳感器(3和7)及PID控制系統。幹空氣室(大氣進氣室2)可為空氣自由進氣，或設置迴風系統。溼空氣預混室6截面為方形，或漸擴圓形截面。試驗臺中有幾截方形風道管段，安裝過濾器的管段(待測過濾器管段8)名義內徑在616mm～622mm之間。該管段的最小長度至少為待測過濾器深度的1.1倍。其他管段以利於試驗為基準。風道材料應導電並接地，並具有光滑的內表面，且具有足夠的強度以保證工作壓力下不變形。為了觀察過濾器和設備，試驗風道中的局部可以採用透明的玻璃或塑料材料。步驟2，確定空氣進氣溫度和流量。進氣空氣的溫度和流量影響待測過濾器的壓差。本方法按國際標準ISO8778，選擇空氣標準狀態(ANR)(溫度為20℃、相對溼度為65％、壓力為0.1MPa、空氣的密度ρ＝1.185kg/m3)為基準。標準空氣經加溼達到飽和後，溫度為15.15℃，空氣密度為1.203kg/m3。對不同溫度下溼空氣的試驗，過濾器差壓的修正見上述公式。前文所提及的國內外相關標準中一般通風過濾器的進氣流量為3400m3/h。本發明中對一般通風過濾器進氣流量選用為3400m3/h，實驗結果可作為國內外相關標準的有效補充。步驟3，進行加溼量控制，模擬高溼環境。本發明測試裝置中包括PID控制加溼與霧化裝置，可實現相對溼度較大的未飽和溼空氣、飽和溼空氣及過飽和攜水霧空氣的精確控制，加溼量控制計算方法見上述公式。該步驟考慮到並可以滿足在不同溼度下對過濾器抗溼性能的評價。根據大量研究試驗，建議相對溼度控制大於95％。步驟4，過濾器阻力隨時間的變化進行量化。以上三步確定之後，對待測過濾器樣品通溼空氣進行測試，記錄過濾器阻力和時間的變化關係曲線。命名評價指標為EF，則EF＝f(Δp,ml,T)，其中Δp為壓差變化值，定義時充分考慮過濾器的過濾效率；ml為加溼量，與環境溫溼度關係較大；T為到達一定阻力的時間，綜合過濾器過濾效率和完成本評價方法可承受的時間確定T的合理取值。過濾器阻力隨時間的變化進行量化的意義在於可用於單個檢測樣品的評價，同樣可以用於多個檢測樣品的橫向比較。本發明提供的方法在國內和國際上均屬於第一次提出，從過濾器本身入手，量化過濾器阻力受高溼空氣脅迫時隨時間的變化過程，以此來評價過濾器抗溼性能的優劣，該方法適用於一般通風過濾器的評價，對解決燃機進氣過濾器面臨的「溼堵」難題、規範空氣過濾器製造廠家的生產都具有重要的意義；本發明提供的裝置選用臥式系統，布置合理，可保證水霧與空氣充分快速混合，可靠地用於研究評價燃機輪機空氣進氣過濾器抗溼性能。上述實施例的作用僅在於說明本發明的實質性內容，但並不以此限定本發明的保護範圍。本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和保護範圍。當前第1頁1 2 3