大型塔器應(yīng)用旋流板除霧器的有效型式

王志雅

（上?；ヂ?lián)環(huán)保工程技術(shù)中心，上海 200086）

大型塔器應(yīng)用旋流板除霧器的有效型式

王志雅

（上?；ヂ?lián)環(huán)保工程技術(shù)中心，上海 200086）

對(duì)大型塔器應(yīng)用塔頂旋流板除霧器，推薦并列組合旋流板除霧器形式，并列舉工程實(shí)例說(shuō)明。

大型塔器； 旋流板除霧器； 并列組合

1 分離效率對(duì)旋流除霧板直徑的限制

自20世紀(jì)70年代初浙江大學(xué)譚天恩先生等發(fā)明旋流板以來(lái)，旋流板技術(shù)得到廣泛的推廣應(yīng)用。旋流板起初多用于直徑較小的塔器，多數(shù)用作氣液傳質(zhì)塔板，一般為內(nèi)向板，稱為吸收板（或稱旋流塔板）；也有用在塔頂對(duì)出塔氣體截留霧沫的，一般為外向板，稱為除霧板（或稱除沫板）。隨著旋流板應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，尤其是煤化工、石油化工日益大型化，許多塔器直徑都在4 m以上，旋流板技術(shù)如何在大型塔器中使用成為需要研究的課題。限于結(jié)構(gòu)方面的原因，單塊旋流板的直徑不宜做得太大，為此，在本世紀(jì)初就已經(jīng)出現(xiàn)研究旋流板大型化的文獻(xiàn)。例如文獻(xiàn)[1]就提出一種“分層法”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，將大直徑旋流板按同心圓規(guī)則設(shè)計(jì)成若干層盲板直徑、罩筒直徑及罩筒高度各不相同的旋流板，中心為小直徑旋流板，其外為若干層環(huán)形旋流板，以此解決旋流板大型化在結(jié)構(gòu)方面的課題。文獻(xiàn)[2]提出“雙程旋流板”結(jié)構(gòu)，并且經(jīng)過(guò)深入分析得出了結(jié)構(gòu)參數(shù)方面的一些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。文獻(xiàn)[2]的“程”同文獻(xiàn)[1]的“層”其實(shí)是同一個(gè)意思。文獻(xiàn)[2]雖然只對(duì)“雙程旋流板”作了分析，但是依其思路推而廣之，也可以得到“三程”或者“多程”的結(jié)果。筆者并不認(rèn)為上述文獻(xiàn)的研究是完善的，但是，它們提供了解決旋流塔板大型化結(jié)構(gòu)課題的一種可行途徑。

旋流除霧板具有分離效率高、阻力小、不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)，因此常常被安裝在塔器頂部作為出塔氣體的除霧器。然而，如果在大型塔器要使用旋流板除霧器，將不僅遇到大型化結(jié)構(gòu)方面的問(wèn)題，同時(shí)還將遇到大直徑旋流板分離效率遠(yuǎn)低于小直徑旋流板的問(wèn)題。如果采用多層旋流板的結(jié)構(gòu)方案，只能解決前一個(gè)問(wèn)題而不能解決后一個(gè)問(wèn)題。筆者在文獻(xiàn)[3]中，比照重力場(chǎng)中斯托克斯沉降規(guī)律，推導(dǎo)了顆粒在離心力場(chǎng)中的沉降規(guī)律，進(jìn)而建立了螺旋分離器的計(jì)算方法。旋流板除霧器同樣屬于離心分離，同樣遵循液粒在離心力場(chǎng)中的沉降規(guī)律。分析文獻(xiàn)[3]的系列計(jì)算式可以看出，在其他條件相同時(shí)，離心力場(chǎng)對(duì)于給定粒徑液粒分離的效率，大體上同半徑成反比例關(guān)系。更直觀地看，旋流板是利用氣液之間巨大的密度差，通過(guò)氣流旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力造成液粒從氣流中分離的，離心力的計(jì)算公式顯示，質(zhì)量一定的液粒所受離心力的大小同旋轉(zhuǎn)半徑成反比例，半徑越大則離心力越小，分離效果越差。也就是說(shuō)，直徑小的旋流板比直徑大的旋流板分離效率高。所以，從分離效果考慮，旋流板除霧器直徑不宜過(guò)大。依據(jù)同樣的道理，旋風(fēng)分離器的直徑也不宜過(guò)大，公認(rèn)其直徑上限為2 m。雖然旋流板除霧器還沒(méi)有公認(rèn)的直徑上限之說(shuō)，但筆者認(rèn)為最好在2 m之內(nèi)，不應(yīng)超過(guò)3 m。

2 大型塔器高效使用旋流板除霧器的有效方案

現(xiàn)在大型塔器越來(lái)越多，大型化工塔器直徑多在4 m以上，尤其近年大量建設(shè)煙氣脫硫工程，一般煙氣濕法脫硫吸收塔的直徑至少在4 m以上，甚至達(dá)到20 m以上，設(shè)計(jì)和制造這么大直徑的旋流板顯然是不現(xiàn)實(shí)的。另一方面，嚴(yán)重的霧霾污染促使人們對(duì)大氣污染固體顆粒物PM 2.5指標(biāo)的高度重視，但目前濕法煙氣脫硫排放的大量煙氣，絕大多數(shù)在出吸收塔前用折流板除霧器截留霧沫，煙氣殘留液粒排放指標(biāo)一般為75 mg/m3，由于煙氣量巨大，這些液粒中的水氣化后，余下的固體成分將造成大量的PM2.5。隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，必然要求采用分離效率更高的除霧器替代目前常用的折流板之類的慣性除霧器，旋流板除霧器就是一種比較理想的替代形式。而塔頂氣液分離采用效率更高的旋流板除霧器，顯然必須解決旋流板直徑不宜過(guò)大的問(wèn)題。

筆者采用并列組合的方案，解決了大直徑塔器高效使用旋流板除霧器的問(wèn)題，詳細(xì)可見(jiàn)文獻(xiàn)[4]。簡(jiǎn)而言之，就是采用多個(gè)小直徑旋流板除霧器并列組合成大型塔器的塔頂除霧器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于化工塔器空塔氣速通常都在1 m/s以下，用于煙氣脫硫的噴淋吸收塔的空塔氣速一般也在3.5 m/s以下，而旋流除霧板要求通過(guò)旋流板的氣速則要大得多，所以，采用多個(gè)小直徑旋流板除霧器并列組合的方案，在塔截面的空間布置方面是有余地的。

圖1 并列組合旋流板除霧器示意Fig.1 The diagram of parallel combination whirlwind fogremoval device

下面列舉兩個(gè)工程實(shí)例具體說(shuō)明設(shè)計(jì)和計(jì)算的細(xì)節(jié)，這兩個(gè)實(shí)例結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算公式均依據(jù)文獻(xiàn)[5]。其中實(shí)例1早在1994年就已經(jīng)實(shí)施，其詳細(xì)使用情況總結(jié)于文獻(xiàn)[6]。

3 工程實(shí)例

實(shí)例1 ：某焦?fàn)t煤氣冷卻除萘工序的核心設(shè)備預(yù)冷油洗萘塔，規(guī)格為DN 4 500×35 600，分成兩段。下段為預(yù)冷段，塔型是弓形篩板塔，用氨水冷卻煤氣。上段為洗萘段，塔型是填料塔，用洗油吸收煤氣中的萘。運(yùn)行中，下段的氨水不允許被帶到上段而破壞洗油，上段的洗油也不允許隨煤氣帶出塔外。煤氣自下段進(jìn)入上段設(shè)置4個(gè)DN 1 000升氣帽，每個(gè)升氣帽中安置一塊旋流除霧板分離煤氣中夾帶的氨水。煤氣出塔前同樣通過(guò)并列組合旋流板除霧器除去其中的洗油霧沫，由4個(gè)DN 1 000旋流板除霧器單元組成。上下共8個(gè)除霧器單元的旋流板規(guī)格相同。具體參數(shù)是：煤氣重度為0.59 kg/m3、工況總氣量為41 400 m3/h（空塔氣速為0.72 m/s）、平均每個(gè)旋流板除霧器單元的氣量為10 350 m3/h，選取氣流穿孔強(qiáng)度因子為13 kg0.5/（m0.5·s），旋流板穿孔氣速為16.92 m/s，由此計(jì)算得旋流板開(kāi)孔面積為0.170 m2，進(jìn)而確定旋流板幾何參數(shù)：葉片外徑（罩筒內(nèi)徑）為975 mm、盲板直徑為595 mm、葉片數(shù)為18片、葉片厚度為4 mm、葉片仰角為25°、葉片徑向角為-37.6 °（外向板取負(fù)值）。這臺(tái)預(yù)冷油洗萘塔1994年投產(chǎn)，至2010年工廠關(guān)閉，一直處在長(zhǎng)周期正常運(yùn)行狀態(tài)，其兩段的旋流板除霧器分離效率及壓降均達(dá)到預(yù)期要求。

實(shí)例2 ：某引進(jìn)化工裝置廢氣氨法脫硫吸收塔，空塔噴淋塔型，吸收塔規(guī)格為DN 4 400×31 000 mm，脫硫后排氣溫度為50 ℃，工況排氣量為155 000 m3/h，換算空塔氣速為2.83 m/s。氣體離開(kāi)塔頂前采用旋流板除霧，由于塔徑過(guò)大，不宜采用單塊旋流除霧板，使用由4個(gè)旋流板除霧器單元組成的并列組合旋流板除霧器，平均每個(gè)除霧器單元通過(guò)的氣量為38 750 m3/h?？紤]到此脫硫裝置存在較低負(fù)荷工況，故選取氣流穿孔強(qiáng)度因子偏于上限，為17 kg0.5/（m0.5·s），旋流板穿孔氣速為16.67 m/s，由此計(jì)算得旋流板開(kāi)孔面積為0.645 7 m2，進(jìn)而確定旋流板幾何參數(shù)：葉片外徑（罩筒內(nèi)徑）為1 500 mm、盲板直徑為630 mm、葉片數(shù)為30片、葉片厚度為4 mm、葉片仰角為30°、葉片徑向角為-24.9°（外向板取負(fù)值）。這臺(tái)吸收塔從2012年底投入使用以來(lái)，運(yùn)行情況良好，其除霧器分離效果和壓力降指標(biāo)均符合預(yù)期要求。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)每一個(gè)除霧器單元均設(shè)置了清水定期沖洗裝置，自2012年投入運(yùn)行后，從除霧器壓降判斷從未出現(xiàn)過(guò)需要沖洗的情況，因此，沖洗裝置沒(méi)有投入使用過(guò)，說(shuō)明該吸收塔的旋流板除霧器在實(shí)際運(yùn)行中不會(huì)發(fā)生需要清洗的情況。

[1] 陳昭儀，謝珊，李丹.旋流板塔大型化的設(shè)計(jì)與研究[C].全國(guó)化工熱工設(shè)計(jì)技術(shù)中心站年會(huì)論文集.2001：59-64.

[2] 張曼玲，劉柏謙.脫硫塔雙程旋流板結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法探討[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2006，32（6）：7-9.

[3] 王志雅.螺旋分離器的設(shè)計(jì)計(jì)算[J].化工設(shè)備與管道，2005，42（3）：11-15

[4] 王志雅.并列組合旋流板除霧器[P].中國(guó)專利：201220723758.4.2013-6-12.

[5] 王志雅.旋流板幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算[J].化工設(shè)備設(shè)計(jì)，1996，33（1）：16-19.

[6] 王志雅.旋流除霧板在“氨苯回收”中的應(yīng)用[J].上焦科技，1995，（5）：18-25.

國(guó)藥奇貝德舉辦第二、第三期醫(yī)藥工程技術(shù)沙龍

國(guó)藥奇貝德（上海）工程技術(shù)有限公司是中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)聯(lián)合工程有限公司旗下的獨(dú)立法人企業(yè)，公司于2014年設(shè)立了國(guó)藥奇貝德學(xué)院，專注于制藥工程領(lǐng)域的技術(shù)咨詢、技術(shù)交流、技術(shù)培訓(xùn)等內(nèi)容。國(guó)藥奇貝德學(xué)院舉辦沙龍活動(dòng)的主旨是為了給制藥企業(yè)的客戶創(chuàng)造一個(gè)相互交流、擴(kuò)充人脈、與專家面對(duì)面交流及探討問(wèn)題的平臺(tái)。2015年6月和8月，國(guó)藥奇貝德學(xué)院分別主辦了第二、第三期醫(yī)藥工程技術(shù)沙龍。

第二期沙龍的報(bào)告主題為：

——醫(yī)藥工廠清洗用熱水制備的節(jié)能解決方案（美國(guó)Super Klean 公司）；

——無(wú)菌生產(chǎn)中的優(yōu)秀方法探討（陳柏林）。第三期沙龍的報(bào)告主題為：

——新版GMP附錄“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”的解讀及實(shí)施（吳軍）；

——“2015版藥典”相關(guān)檢查方法變化及技術(shù)要點(diǎn)（陳桂良）。

沙龍圍繞目前行業(yè)高度關(guān)注的熱點(diǎn)話題展開(kāi)，出席人員均為醫(yī)藥行業(yè)及制藥企業(yè)的高層管理領(lǐng)導(dǎo)和工程負(fù)責(zé)人，在報(bào)告人作主題演講的過(guò)程中，參與者進(jìn)行了熱烈的交流。沙龍活動(dòng)受到了普遍歡迎。

（虞巧先）

Effective Form of Whirlwind Plate Mist-remover in Large Tower

Wang Zhiya
（Shanghai Internet Environmental Technology Center Shanghai, 200086）

In this article, parallel combined whirlwind plate mist remover was recommended to be used in the top of large tower.The practical examples used in engineering were then demonstrated.

large tower; whirlwind plate mist remover; parallel combination

TQ 053.5

：A

：2095-817X（2015）04-0034-003

2015-04-16

王志雅（1946—），男，高級(jí)工程師，主要從事煙氣脫硫等環(huán)保工程的設(shè)計(jì)及總承包管理。