絲網(wǎng)除沫器及其在升膜蒸發(fā)器中的應(yīng)用

席金花 東 娟 霍沛君

（寶色特種設(shè)備有限公司)

0 引言

絲網(wǎng)分離是一種過(guò)濾方法，主要是把液滴從氣流中分離出來(lái)。絲網(wǎng)不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，而且分離效率高。在升膜蒸發(fā)器中，液體根據(jù)虹吸泵的原理進(jìn)入加熱管加熱，然后流入到分離器，在此液體與蒸汽分離開(kāi)來(lái)，且液體通過(guò)循環(huán)管流回到蒸發(fā)器，形成閉路循環(huán)。加熱管由換熱管組成，原料液經(jīng)預(yù)熱達(dá)到沸點(diǎn)或接近沸點(diǎn)后，由加熱室底部引入，為高速上升的二次蒸汽帶動(dòng)，沿?fù)Q熱管內(nèi)壁邊流動(dòng)邊蒸發(fā)，在加熱室頂部達(dá)到所需的濃度，完成液由加熱室底部排出，產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)設(shè)在上部的絲網(wǎng)除沫器除去汽泡、水珠、雜物后成為下一效的熱源?？梢?jiàn)氣液分離效果的好壞直接影響到排出氣體的純度和工作液的損耗。如果分離不好，可能會(huì)影響系統(tǒng)下一步工藝并造成工作液浪費(fèi)，直接影響用戶的運(yùn)行成本。

1 絲網(wǎng)除沫器工作原理及特點(diǎn)

1.1 絲網(wǎng)除沫器的工作原理

如圖1所示，當(dāng)帶有霧沫的氣體以一定速度上升通過(guò)絲網(wǎng)時(shí)，由于霧沫上升的慣性作用，霧沫與絲網(wǎng)細(xì)絲相碰撞而被附著在細(xì)絲表面上。細(xì)絲表面上霧沫的擴(kuò)散、霧沫的重力沉降，使霧沫形成較大的液滴沿著細(xì)絲流至兩根絲的交接點(diǎn)。細(xì)絲的可潤(rùn)濕性、液體的表面張力及細(xì)絲的毛細(xì)管作用，使得液滴越來(lái)越大，直到聚集的液滴大到其自身產(chǎn)生的重力超過(guò)氣體的上升力與液體表面張力的合力時(shí)，液滴就從細(xì)絲上分離下落。氣體通過(guò)絲網(wǎng)后，基本上不含霧沫。

圖1 絲網(wǎng)除沫器的工作原理

1.2 絲網(wǎng)除沫器的特點(diǎn)

絲網(wǎng)除沫器具有比表面積大、重量輕、空隙率大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及安裝、使用方便等特點(diǎn)。尤其是它具有除沫效率高和壓力降小的特點(diǎn)，有利于提高設(shè)備的生產(chǎn)效率。絲網(wǎng)對(duì)粒徑≥3～5 μm的霧沫，捕集效率達(dá)98%～99.8%，而氣體通過(guò)的壓力降卻很小，只有250～500 Pa。

1.3 絲網(wǎng)除沫器的工藝計(jì)算

（1）絲網(wǎng)的液泛氣速

絲網(wǎng)的液泛氣速 （即絲網(wǎng)操作中的極限氣速）可由下式確定：

式中Uf——液泛氣速，m/s；

ρL——液滴的密度，kg/m3；

ρG——進(jìn)口氣體的密度，kg/m3；

K——?dú)庖哼^(guò)濾器網(wǎng)常數(shù)，按表1規(guī)定選取。

表1 過(guò)濾器網(wǎng)常數(shù)K值

（2）絲網(wǎng)的操作氣速

通過(guò)絲網(wǎng)的速度過(guò)低將會(huì)使液體滑移通過(guò)絲網(wǎng)，并被離開(kāi)的蒸汽夾帶出去；而過(guò)高的流速也會(huì)攜帶液體至絲網(wǎng)的頂部，然后由絲網(wǎng)表面再次夾帶液體。大多數(shù)情況下，當(dāng)速度為最適宜允許設(shè)計(jì)速度的30%～100%時(shí)，可得到較好的除霧性能。絲網(wǎng)除沫器的操作氣速一般按式 （2）進(jìn)行計(jì)算[1]：

式中uG——絲網(wǎng)除沫器的操作氣速，m/s。

（3）絲網(wǎng)直徑的確定

絲網(wǎng)的使用面積取決于氣體的處理量。絲網(wǎng)為圓形時(shí)，處理氣體所需的流通直徑D1按式 （3）計(jì)算：

式中Q——?dú)怏w處理量，m3/s；

D1——絲網(wǎng)直徑，m。

2 折流板式除沫器的結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)

折流板式除沫器是由大量平行的V形折流板組成的一種氣沫分離裝置。除沫器中V形折流板組成的彎道引起流體流動(dòng)方向急劇變化,使具有較大慣性的液滴和固體顆粒與折流板壁碰撞而從流動(dòng)的氣體中分離出來(lái),氣體則由于折流板之間構(gòu)成的流道寬敞而暢通,因而能順暢通過(guò)。這種結(jié)構(gòu)不易結(jié)垢,并能無(wú)限制地排污,體現(xiàn)出優(yōu)越的性能。對(duì)于特定的工藝要求,折流板的空間、通道的數(shù)量、通道拐角的大小和結(jié)構(gòu)、排污溝的個(gè)數(shù)都是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。

2.2 工作原理

折流板式除沫器有兩種基本的分離流動(dòng)方式：垂直流動(dòng)和平行逆向流動(dòng)。垂直流動(dòng)的結(jié)構(gòu)中，一般在折流板凸起部的與流道垂直方向上設(shè)有導(dǎo)流溝裝置，可使分離的液體沿其流至裝置底部。這種方式能允許更大的工作容量,大量的液滴、固體在第一次撞擊時(shí)就被排出,接下來(lái)的撞擊可使其全部消除,從而提高了工作效率,其工作原理如圖2所示。

圖2 折流板式除沫器的工作原理

3 絲網(wǎng)除沫器與折流板式除沫器相結(jié)合及其在升膜蒸發(fā)器中的應(yīng)用

3.1 結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

圖3 分離裝置

圖3所示的是由絲網(wǎng)除沫器與折流板式除沫器相結(jié)合的分離裝置結(jié)構(gòu)。該臺(tái)設(shè)備 （升膜蒸發(fā)器）是由某公司引進(jìn)的制鹽設(shè)備之一。在該升膜蒸發(fā)器中，分離裝置由下部的折流板式除沫器和上部的絲網(wǎng)除沫器組成，料液根據(jù)虹吸泵的原理由加熱室底部進(jìn)入加熱室，由換熱管進(jìn)行加熱蒸發(fā)，管外用水蒸氣加熱。液體汽化后，體積增大千倍或數(shù)千倍,密度劇降，在管中心形成一高速上升氣流，帶動(dòng)未蒸發(fā)的料液沿管壁成高速流動(dòng)膜向上爬升。液體達(dá)到頂部后，沿循環(huán)管道進(jìn)入蒸發(fā)室，而具有一定流速的氣液混合物便進(jìn)入分離裝置。此時(shí)，流體首先與分離裝置下部的折流板式除沫器接觸，流體流動(dòng)方向急劇變化,使具有較大慣性的液滴和固體顆粒與折流板壁碰撞而從流動(dòng)的氣體中分離出來(lái)，氣體則由于折流板之間構(gòu)成的流道寬敞而暢通，因而能順暢通過(guò)，這樣就達(dá)到了氣液初步分離。然后，氣體再經(jīng)過(guò)上部的絲網(wǎng)，將其帶走的液滴進(jìn)一步進(jìn)行分離。經(jīng)過(guò)雙重分離后，氣體基本上不含霧沫，從而保證了氣體所需的純度。此外，在該升膜蒸發(fā)器中，還分別在分離裝置上、下部位設(shè)置了沖洗管，可定期對(duì)其進(jìn)行清洗，防止絲網(wǎng)堵塞，增加阻力。3.2 設(shè)計(jì)帶絲網(wǎng)的分離裝置應(yīng)掌握的幾個(gè)要點(diǎn)

（1）絲網(wǎng)需水平放置

絲網(wǎng)必定是平放的，這樣可以獲得最佳的排液條件。

（2）絲網(wǎng)形式選用

絲網(wǎng)的形式分為上裝式和下裝式兩種。該升膜蒸發(fā)器人孔設(shè)在下方，故采用下裝式絲網(wǎng)。

（3）絲網(wǎng)材質(zhì)確定

絲網(wǎng)材料有 304、304L、316、316L、Q235A等材質(zhì)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工藝要求選用合適的材質(zhì)[2]。該設(shè)備絲網(wǎng)材料選用316L。

（4）絲網(wǎng)厚度H的確定

根據(jù)除沫效率要求確定絲網(wǎng)厚度，一般選用厚度H=150 mm的絲網(wǎng)。如果除沫要求不高，也可選用H=100 mm的絲網(wǎng)。該升膜蒸發(fā)器中，對(duì)除沫效率要求較高，因此選用H=150 mm的絲網(wǎng)。通常，通過(guò)絲網(wǎng)的壓力降比較小，厚度H為100 mm和150 mm的絲網(wǎng)除沫器的壓力降約為2.5 Pa，這對(duì)于工藝操作來(lái)說(shuō)，基本可忽略不計(jì)。

（5）裝設(shè)柵條或壓環(huán)

在系統(tǒng)中，當(dāng)蒸汽產(chǎn)生大的波動(dòng)或脈沖時(shí)，絲網(wǎng)趨于被向上吹起，因此需設(shè)橫穿絲網(wǎng)頂部的固定柵條或壓環(huán)。當(dāng)絲網(wǎng)直徑超過(guò)300 mm時(shí)，因絲網(wǎng)材料本身不能支撐其重力，故需在絲網(wǎng)下部裝設(shè)支撐柵條或支撐環(huán)。

（6） 方便拆裝

分離裝置應(yīng)設(shè)計(jì)成絲網(wǎng)拆裝容易、清洗方便的結(jié)構(gòu)。如果工作液不潔凈，時(shí)間長(zhǎng)了絲網(wǎng)容易堵塞。絲網(wǎng)堵塞后會(huì)嚴(yán)重影響分離效率，因此需定期對(duì)絲網(wǎng)進(jìn)行清洗與維護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了將板式分離與絲網(wǎng)分離相結(jié)合的絲網(wǎng)分離裝置，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，在較大分離負(fù)荷范圍內(nèi)保證了高的分離效率。這種分離裝置可成為升膜蒸發(fā)器中氣液分離裝置的標(biāo)準(zhǔn)配置，可在石化行業(yè)中推廣應(yīng)用。

[1] 路秀林，王者相，等.塔設(shè)備 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：299.

[2] HG/T 21618—1998絲網(wǎng)除沫器 [S].