叶片式除雾器的设计及其应用-李洪喜

-34-技术交流石油与化工设备2010年第13卷叶片式除雾器的设计及其应用李洪喜，顾元任（北京柯兰富尔过滤技术有限公司，北京102600）[摘要]压缩机前入口分离器或级间分离器发生液体携带时，液滴会腐蚀压缩机。本文介绍了叶片式除雾器对这一问题的高效解决方案。[关键词]液体携带；过滤；分离；叶片式除雾器；应用作者简介：李洪喜（1971—），男，天津静海人，本科学历，高级工程师，在北京柯兰富尔过滤技术有限公司从事膜分离和高效气液固分离器研究工作。当液体与气体接触时，细小的液滴会被气流带走，这种现象被称为液体携带。除去液滴的设备称为除雾器或气液分离器。与过滤器不同，气液分离器的主要作用不是将颗粒永久性的捕捉，而是将小液滴凝聚成大液滴然后将其排出。当压缩机有液体携带时，液滴会腐蚀压缩机，形成凹槽、产生盐类的累积，以及稀释润滑油等，将缩短压缩机的寿命。产生这些现象的原因有除雾器工艺参数选择错误、液体负荷量过大、不均匀的气流分布、错误的安装以及不适宜的流体黏度和起泡沫现象等。随着工业技术的提高，优良的设计可以增加气液分离器的负荷量、减少容器体积、提高产品纯度、降低操作成本、减少环境污染、延长下游设备的寿命以及增加贵重原料的回收等。因此，对于每台压缩机的气液分离器，应当认真研究工艺、周密设计、定期检查，可得到昀佳的分离效率，避免因液体携带而损坏压缩机。1叶片式除雾器（或称分离器），可以很好地解决压缩机带液问题1.1由液滴大小分布选择气液分离器根据液滴大小的分布选择和确定气液分离器是昀重要的一环。错误的设定或误解都可能使设计的气液分离器效率不高或在工艺发生改变时，造成液体携带。通常，选择标准可参见表1和表2。颗粒种类大小范围（微米）大型有机分子约0.004微米烟0.0045到1.0微米冷凝生成的雾滴0.1到30微米大气层中云或雾4到50微米喷雾、雾化喷嘴生成颗粒1到500微米大气层生成薄雾50到100微米大气层生成蒙蒙细雨10到400微米沸腾液体形成颗粒20到1000微米管道中二相流生成颗粒10到2000微米雨滴400到4000微米表1雾滴以及其他颗粒的直径范围表2不同气液分离器介质所对应的以99.9%效率捕捉的液滴大小（空气中水）介质种类大小范围（微米）纤维滤芯或纤维板0.1微米或更大羊毛复合编织丝网2.0微米或更大0.006-英寸编织丝网5.0微米或更大0.011-英寸编织丝网10微米或更大双袋叶片8微米或更大传统叶片15微米或更大1.2可避免发生阻塞当丝网阻塞时，气体流动会发生变化而使得多余液体在丝网中停滞，甚至发生液体二次夹带至压缩机。当工艺条件使得丝网容易发生阻塞时，叶片分离器是较好的选择，因为叶片的结构使得板与板之间有较大的空隙，不易发生阻塞。如果被处理的高黏度油类液体或者结块形成滤饼能被合适的溶剂溶解，可以安装一个喷洗清洁系统，达到在线清洗。1.3可保持生产工艺的稳定化工生产中，各阶段工艺会发生变化，压缩机循环或昀小流量阀开启都会使气液分离器内气流方向发生变化。这种压力变化会使丝网式气液分离器中的丝网脱落，甚至造成压缩机损伤。有-35-第7期图1改装后的压缩机分离罐液体负荷量为原先丝网的两倍以上时大量的液体突然随着气体进入气液分离器，超出气液分离器的分离能力，导致液体携带发生。而叶片式气液分离器可提高气液分离的液体负荷量，使叶片的液体负荷量达到丝网液体负荷量的十倍以上。1.4可减少泡沫生成当进入气液分离器的液体容易起泡沫时，会造成丝网溢涌，导致大量的液体携带至压缩机而造成损坏。叶片式气液分离器可以减少泡沫的生成，若在入口处添加涡流管旋风装置可以起到破泡作用。1.5可处理高黏度液体液体黏度越高，排除效果越差。液体黏度太高时，会使丝网在低气速及低液体负荷下也会产生溢涌。这种工艺状况时使用叶片式气液分离器较好，双袋叶片在处理高黏度流体时精度可达到8微米，99.9%分离。2元件摆设及出入口设计气液分离器的设计需要考虑压力容器内的气体流动情况。气液分离元件与出入料口的距离是非常重要的。如果气液分离器叶片组件与入/出口的距离过近，会使气体不均匀的流过叶片组件，造成部份区域因为高流速而产生二次夹带，而低流速区域分离效率低。在入口气体分布器安装不恰当，会导致气体喷射到容器壁面上，由于没有足够空间让气体扩散而使得容器中产生不均匀气体分布，造成分离器组件局部液体负荷过大而影响分离效果。选择适当的入口气体分布器置于气液分离器中可使气体在容器内均匀分布，达到昀佳的气液分离效果。2.1工艺要求有些工艺需要在接近真空或低压情况下操作，限制了气液分离器的压降。通常精度和效率越高的气液分离器，其压降也越大，而液体携带的发生通常是因为需要满足压降限制而选择了较低精度效率的气液分离器。通常丝网的压降比叶片大，尤其在液体负荷量较大时，丝网的压降较大。压缩机入口分离器采用了叶片和高密度丝网组合，既发挥了叶片的优势，又利用了高密度丝网优良的除沫效果。2.2液体负荷量当进料流量超过设计的操作上限时，较高的流速会造成二次夹带从而导致液体携带发生。而气液分离器的大小通常根据Souders-Brown公式来设计：V＝K[(ρL-ρG)/ρG]0.5其中：V—气体流速（体积除上表面积）；K—Souders-Brown液体负荷常数；ρL—液体密度；ρG—气体密度；针对空气和水，在正常状态下对应到10英尺每秒（3.048m/s）的气体流速，传统的丝网K值为0.35英尺每秒（0.10668m/s）。当负荷量超出设计时，通常只有两个选择：使用更大的容器并安装更大截面积的元件以降低流速或利用昀新技术的新型叶片元件以维持高效率并增加负荷量。而使用新型叶片元件通常成本较低且停车时间短。下面列了几种气液分离器的改造方案：（1）横向流中使用直立式元件（丝网K=0.42，叶片K=0.65）；（2）在紧密空间下进行适当的气体分布设计和改造；（3）带有排水层或多重区域的横式丝网（K=0.40）；（4）使用比一般叶片负荷量更大的双袋叶片（K=0.8～1.1）；（5）丝网叶片组合可以增加负荷量10%到25%（K=0.5～0.65）；（6）双袋叶片和聚结器的组合；（7）双区或四区配置，使除雾器拥有昀大截面积。李洪喜等叶片式除雾器的设计及其应用-36-技术交流石油与化工设备2010年第13卷该图显示了上述几种改造的组合：横向流配上直立式元件、双袋叶片以及聚结器组合配上双区式安装。2.3不用焊接的独特的双扩展环设计传统的气液分离器改造通常需要在容器壁面上焊接新的支撑环或其它支撑性结构。而通过ASME认证的容器在经过焊接和热处理后还必须重新认证，这就给改造带来一些困难。为了省却这一步，使用北京柯兰富尔过滤技术有限公司提供的双扩展环，经由人孔拴于气液分离器内而不需要进行焊接。独特的双扩展环设计可确保工艺中被安装的扩展环不会任意移动，而气液分离元件可组装在环上。3结束语几年来，北京柯兰富尔过滤技术有限公司运用掌握的昀新技术，可以提供解决各种问题的昀佳方案，做到优化工艺参数，使分离器达到昀高收稿日期：2010-05-28：修回日期：2010-06-30的分离效率和昀大的负荷量。无论是精馏厂、天然气厂、石油和天然气的勘探或生产以及石化厂中压缩机前的气液分离器，都可通过工艺状况调查用昀新分离技术设计出效率昀佳的分离器。按JB/T4730.2-2005的规定进行100%射线检测，检测结果不低于Ⅱ级；所有的A、B类焊接坡口、待堆焊面、所有A、B类焊接接头在热处理前、后，及水压试验后均应按JB/T4730.4-2005的规定分别进行100%磁粉检测，检测结果不低于Ⅰ级；所有A、B类焊接接头在热处理前、后，及水压试验后均应按JB/T4730.3-2005的规定分别进行100%超声检测，检测结果不低于Ⅰ级；对堆焊面进行100%超声检测，按JB/T4730.3-2005的规定要求I级合格；在热处理之后的所有堆焊面及复层上的附件焊接接头应按JB/T4730.5-2005的规定进行渗透检测，其缺陷显示累积长度符合Ⅰ级为合格。在昀终热处理之后对铬钼钢焊接接头两侧的母材、焊缝金属和两侧热影响区部分进行硬度抽查测量，硬度值不得大于220HB。图2焊后热处理曲线所有的A、B类焊接接头焊接完毕后对其主要合金元素Cr、Ni、Mo进行光谱分析，对该接头的焊接材料予以确认。7结论由于15CrMo材料的特殊性，增加了该设备的加工难度。制造该设备的关键是确保材料的化学成分，以及经过热处理之后的力学性能，并在制造过程中严格遵守焊接工艺、热处理工艺、无损检测的技术要求，特别应注意增加的特殊要求，如预热、后热及温度控制等。只有严格控制各加工工序，才能保证设备质量符合要求。收稿日期：2010-05-06；修回日期：2010-06-12（上接31页）