气液分离器设计计算.pdf

CHEMICAL ENGINEERING DESIGN
化工设计2011,21(5
气液分离器设计计算
冯宇*中国石油辽河工程有限公司盘锦124010
摘要介绍气液分离器理论基础和设计方法,提出气液分离器计算方法的改进和对比实例。
关键词气液分离器设计计算方法
气液分离器依据重力沉降原理,采用《油气
气液分离器可以配置丝网捕雾器、人口换向
集输设计规范》CGB50350-2005及《分离器规器、防冲击挡板或沉降内部构件。立式气液分离
范》SY/T0515-2007进行计算和选取,并以以下器适用于从高气液比混合物中分离液体;卧式气
假设为基础:①悬浮物的运动速率为常数;②分液分离器适用于从低气液比混合物中分离气体。
离器内不发生凝聚和分散作用;③液、固微粒均1.2基本原理-4
是球形。计算忽略微粒沉降的加速阶段,仅考虑
分离不小于50pm微粒的情况。此外,在计算中引
气液分离通常分为三个阶段:第一个阶段为
入立式分离器修正系数K,气体空间占有的空间预分离,即利用气体中所夹带液体的动量使大的
面积分率K2、气体空间占有的高度分率K3和长径液滴与入口挡板碰撞,然后利用液滴自重沉降下
比K、经验参数,这无疑增加分离器计算的不确来,从而将气液分成以气体为主和以液体为主的
定性。设计人员先依据标准规范进行计算,再根两个部分;第二个阶段为二次分离,即使较小液
据经验及工程需要进行修正,有时最终所选设备滴利用重力分离;第三个阶段为除雾,小的液滴
会比计算结果大很多,造成不必要的浪费。基于
在捕雾器处聚集成较大的液滴,然后靠重力实现
以上考虑,综合多种计算方法得出分离器计算方气液的分高
法。该方法不仅满足工程需要,而且采用使设备
对于第二阶段,必须计算允许的流速,用于
重量最轻的优化过程使投资最低,可为气液分离确定气液分离面积。计算沉降过程中液滴力的平
器选型提供参考。
衡可以得到关系式。
液滴的净重为:
1计算的基本原理
F YME Pl-pr)g
1选型
气液分离器分立式和距式两种型式,见图1。
平衡曳力为:
て体出「I
か(m/8)CのDEPr
带捕∠、不带我冲限
持液
较重的液滴将以恒定的终端沉降速度U
运行
体入口
体出口
4gdp (P1-P1)
因此,只要U、持液
般允许的沉降速度U、=0.75U-,从而得到Saud-
液俸出凵
Brown方程
液休出
立式气液分离器
卧式气液分离器
PL-P
图1气液分离器示意图
冯宇:助理工程师。2007年毕业于中国石汕大学(华东)化学工程与工艺专业。主要从事石油天然气工程设计工作。联系电话:
l:; fghike@sina.corm。
**本文受到国家科技重大专项项目“煤层气田地面集输工艺及监测技术”(编号:20097X05039)的资助。
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冯宇气液分离器设计计算
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其中:
是段塞流。在没有特殊要求的情况下,缓冲时间
Agd
可以取停留时间的一半。
K
3C
1.4立式气液分离器的计算
实际上较小的液滴只靠重力沉降是分离不出
立式气液分离器的气体分离区域是分离器的
来的,但这些较小液滴可以聚集成较大的液滴,整个横断面,所以气体的分离直径可以计算为:
再通过重力沉降才能分离。在分离器中的液滴聚
4Q
集设备可以使气体通过曲折的通道,使液滴之间
或液滴与聚集设备间相互碰撞形成较大液滴。由
Dv为捕雾器的直径,分离器的内径必须要大
于聚集后的液滴直径很难预测,所以捕雾器的K
些,捕雾器才能安装到分离器中。一般该Dvo计
值一般取经验值。K值的选取便是分离器设计中比算值要加上6in后作为最终确定的分离器内径D,
校敏感的问题之一。对于设有捕雾器的分离器K然后采用该D值计算相应的分离器横截面积。立
值可参照表1选取。对于没设捕雾器的分离器,推式分离器总高度可以分成两个部分,见图1。分离
荐K值为有捕雾器分离器的一半或通过上述公式器的高度可按下式计算:
计算出其理论K值。如果知道聚集液滴的尺寸
H, =Hul +H +Hs +Hux +HD
选取曳力系数C,见表
如果分离器有捕雾器,那么高度还需要加上
表1分离器K值选取表
捕雾器及其构件的高度。
项目
条件
K值
1.5卧式气液分离器的计算
1≤P1≤15
K=0.1821+0.0029P+
带捕雾器
0.040n(P)
卧式气液分离器的横断面被气相和液相共同
的分离器
15≤Pl≤40
K=0.35
占据,见图1。通常先设定分离器的直径,选择或
40≤P≤5500
K=0.430-0.023ln(P)
计算出低液位(LLL),根据持液量得出正常液位
0≤P2≤1500
K=0.35-0.01(P-100/100)
(NLL),根据液体波动确定高液位(HL)。在高
真空下的气体
K=0.20
乙二醇和氨溶液
K'=(0.6~0.8)K
液位(HL)和分离器顶部之间为用于气体分离的
工程数据
手册不带捕雾器的立式分离器
K'=K/2
空间,然后计算分离器的长度,以满足持液量和
压缩机入口洗涤器、分子
K'=(0.7~0.8)K
波动的要求,以利于气液的分离。可见卧式分离
筛、膨胀机入口分离器
器尺寸的计算方法是一个反复迭代的过程。根据
体积平衡可以得到
Y=8.411-2.243X+
理论计算
0.273X2-1.865E
Vu+Vs=L(AR-A+A,)
(不带
捕雾器)
D
2X3+5.201E-4X4
0.95+8PYDP(PL -PY
持液量和液体波动体积可以通过停留时间和
v
缓冲时间计算得到。最小的气液分离面积Av一般
1.3基本概念
被设定为(1~2)ft,或是分离器内径的20%,然
后选取两者之中的较大者。对于孙式分离器,从
在进行分离器计算前还需定义以下概念
气体中分离出来的液滴有一个水平拖曳力,该力
(1)停留时间:在没有物料补充和出口流率并不象立式分离器中的那样与重力方向相反。这
恒定的条件下,气液分离器从正常液位(NIL)降里不对两维颗粒运动做详细的处理,多数文献承
到低液位(LLL)时所经历的时间。
认允许的水平速率可比终端速率要大。一般要求
2)缓冲时间:在没有物料流出和人口流率流体经历从分离器人口到出口水平段长度的时间
恒定的条件下?气液分离器从正常液位(NL)升要比液体在垂直方向上沉降到液体表面所经历的
到最高液位时(HIL)时所经历的时间
时间要长,即
一些手册的缓冲时间是以低液位(LL)和高
液位(HLL)之间的体积为基础考虑的。停留时间
是从保持较好的控制和下游设备操作安全的要求
考虑的。缓冲时间是基于上游物流或下游物流的2计算方法
改变而导致