[发明专利]一种中浓纸浆输送系统立罐的设计方法

权利要求书

1.一种中浓纸浆输送系统的关键设备——立罐，其罐体采用圆筒形，设计结构尺寸主要包括内径、罐体高度和壁厚。其特征在于：

内径采用平均流速初算，然后用中浓纸浆沿程阻力损失对平均流速进行校核，以确认内径尺寸；

罐体高度由最大储液高度(占罐体高度的85％)和罐体上沿安全余量高度组成，其特征在于：最大储液高度采用气-液两相流动量方程和能量方程的联立求解；

立罐壁厚t依据石油化工立式圆筒形钢制储罐设计规范计算。

2.根据权利要求1所述的立罐内径，其特征是，所述平均流速u应根据流体的性质状态和允许的压力损失选用，其中流量Q为已知。

D=4Quπ,m---(1)]]>

对于质量浓度小于18％的纸浆，其沿程阻力损失可用公式(2)计算：

Δh＝1.64×10^-2u^0.15c^2.5D^-1                                    (2)

式中，Δh为每100m管长的沿程阻力损失，m/100m管长；u为流速，m/s；c为纸浆浓度，％；D为管径，m。

所述的平均流速u采用中浓纸浆沿程阻力损失进行校核，以确认选用内径为可行。对于平均流速u依据中浓纸浆悬浮液处于塞流流动状态的常用流速范围进行选取(大约在0.2～0.5m/s)；中浓纸浆沿程阻力损失依据“1m管道对应1m压力损失”的原则进行校核，如果沿程阻力损失不满足要求，应重新计算。

3.根据权利要求1所述的罐体高度，其特征是，所述的最大储液高度采用气-液两相流动量方程和能量方程的联立求解。

动量方程以压降的形式表示，总压降为：

ΔP＝ΔP_g+ΔP_a+ΔP_f                                             (3)

其中，重力压降

加速压降

式中：

κ0=[1+ρlρg(1β-1)]-1---(7)]]>

G＝ρ_gv_g+ρ_lv_l                                        (8)

摩擦压降ΔP_f为纸浆流动过程中的沿程阻力损失Δh，可用公式(2)求解。

上述公式中，为沿罐体长度的平均截面含气率，％；κ₀为质量含气率，％；G为混合物的质量流率，kg/(m²·s)，β为容积含气率，％；q_v为纸浆体积流量，m³/s；v_g、v_l分别为空气流速和水的流速，m/s；ρ_g、ρ_l分别为空气密度和水的密度，kg/m³；θ为罐体与地面的倾斜角度，对于该立罐θ＝90°；h为最大储液高度，m。

能量方程以伯努里方程的形式表示，设立罐的进、出口面为过流断面1和2，建立伯努里方程：h1+P1ρg+v122g=h2+P2ρg+v222g+Δh---(9)]]>

ΔP1-2=ρg(h1-h2+v12-v222g-Δh)---(10)]]>

其中，P₁、P₂分别为过流断面1、2处的压强，Pa；v₁、v₂分别为过流断面1、2处的纸浆流速，m/s；h₁为最大储液高度，用h表示，h₂＝0；Δh表示纸浆从断面1流动到断面2的沿程阻力损失，可用上述公式(2)计算。

综上，根据动量方程(3)和能量方程(10)的联立即可求出最大储液高度h。

4.根据权利要求1所述的立罐壁厚t，其特征是，所述的立罐壁厚，其设计厚度应按下列公式计算，且取其中的较大值。

其中，t₁-储存介质时的设计厚度，mm；t₂-储存水时的设计厚度，mm；ρ为储液密度，kg/m³；H为罐体高度，m；D为立罐内直径，m；[δ]^t为设计温度下罐壁钢板的许用应力，MPa；[δ]为常温下罐壁钢板的许用应力，MPa；为焊缝系数，取0.9。C₁、C₂-钢板厚度负偏差、腐蚀裕量。

所述的罐壁设计厚度应向上圆整至钢板的规格厚度，同时当罐体内径≤16m时，罐壁壁厚所取值应不小于4mm。