立式重力氣-液分離器的工藝設(shè)計

許建華

（南京揚子石油化工設(shè)計工程有限責任公司，江蘇南京 210048）

立式重力氣-液分離器的工藝設(shè)計

許建華

（南京揚子石油化工設(shè)計工程有限責任公司，江蘇南京 210048）

重力氣-液分離器在化工生產(chǎn)中一直被廣泛應(yīng)用，其中以立式重力氣-液分離器應(yīng)用最多。簡單介紹了化工裝置中常見的重力氣-液分離器，并以一臺氣-液分離器的工程設(shè)計為例，就立式重力氣-液分離器的設(shè)備選型和關(guān)鍵參數(shù)的工藝計算做了詳細介紹，并指出了立式重力氣-液分離器在工藝設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題。

重力氣-液分離器；設(shè)備選型；工藝設(shè)計

重力氣-液分離器因分離負荷范圍大，在化工生產(chǎn)中一直被廣泛應(yīng)用。重力氣-液分離器有兩種型式：立式重力氣-液分離器和臥式重力氣-液分離器，生產(chǎn)裝置中以立式重力氣-液分離器應(yīng)用最多。

1 重力氣-液分離器的選型原則

重力氣-液分離器適用于分離液滴直徑大于200 μm的氣-液分離［1］。立式重力氣-液分離器的優(yōu)點是氣液分離空間大，有利于中間混合層的連續(xù)分離，占地小；缺點是液體流動方向與重力方向相反，不利于沉降，液面穩(wěn)定性差。臥式重力氣-液分離器的優(yōu)點是液體流動方向與重力方向相垂直，有利于沉降分離；缺點是氣液分離空間小，占地面積大，不適宜用作要求緩沖容積太大的分離器。

當液體量較多，高液面和低液面之間的停留時間較長時，一般采用臥式重力氣-液分離器；當液體量較少，停留時間較短，或液面高度是通過各個液位調(diào)節(jié)點之間的最小距離來加以限制的，一般采用立式重力氣-液分離器。

2 重力氣-液分離器的選型

工程設(shè)計過程中，通常根據(jù)流體的體積含氣率進行重力氣-液分離器選型。

下面以設(shè)計一臺氣-液分離器為例，介紹重力氣-液分離器的設(shè)備選型和工藝計算。設(shè)計分離的氣-液兩相流混合物的狀況詳見表。

表1 兩相流混合物的基本數(shù)據(jù)

根據(jù)文獻［1］，兩相流中的體積含氣率計算公式如下：

式中β —兩相流中的體積含氣率；

Vg—氣相體積流量，m3/h；

Vl—液相體積流量，m3/h。

由上式求得兩相流中的體積含氣率β=0.984，液體含量較少，故應(yīng)采用立式重力氣-液分離器。

3 立式重力氣-液分離器的工藝計算

3.1 分離器內(nèi)的氣速

氣體流速對分離效率是一個重要影響因素。如果流速過大，氣體在分離器內(nèi)的停留時間小于懸浮液滴所需的沉降時間，部分液滴來不及沉降即被氣流夾帶出分離器，這樣就降低了分離器的分離效率。只有當分離器中的氣體流速小于懸浮液滴的沉降流速時，液滴才能夠分離出來。

液滴在流體中沉降時，同時受到重力、浮力與阻力3個力的作用，當受力達到平衡，即重力-浮力=阻力時，液滴的沉降速度達到最大。根據(jù)浮動液滴的平衡條件［1］，計算可得液滴的沉降速度Vt=0.417m/s。

為了取得好的分離效果，設(shè)計選取分離器內(nèi)氣體流速ue= 0.7Vt=0.292m/s。

3.2 分離器直徑

分離器的直徑大小決定了分離器內(nèi)的氣體流速：

式中D—分離器直徑，m；

ue—分離器內(nèi)的氣體流速，m/s；

其他符號同前。

根據(jù)設(shè)計氣體流速ue=0.292m/s，計算求得氣-液分離器直徑D=1.173m。

設(shè)計氣-液分離器直徑D=1.20m。

3.3 分離器高度

分離器高度分為氣相空間高度和液相高度，本文所指的高度，是指設(shè)備的圓柱體部分，如圖1所示。

低液位（LL）與高液位（HL）之間的距離，采用下式計算：

式中：HL—低液位（LL）與高液位（HL）之間的液體高度，m；

t—停留時間，min。

停留時間（t）以及分離器底部容積的確定，受上、下游設(shè)備的工藝要求等因素影響，沒有統(tǒng)一的規(guī)定和標準。其他高度如氣相空間高度等可按照圖1所標尺寸及設(shè)備、儀表的需求確定。

將氣體流速ue=0.292m/s代入式（2），得D=1.17m，設(shè)計取值D=1.20m。

設(shè)計停留時間t=6min，根據(jù)式（3），得HL=1.32m，設(shè)計取值HL=1.40m。

根據(jù)圖1，統(tǒng)籌考慮接管位置和相關(guān)儀表的安裝位置，可求得分離器高度：1.40+0.10+0.20+1.50=3.20m。

3.4 入口接管

入口接管及其所連接的管道為氣-液兩相流管道，其管徑不能僅僅由滯流和湍流確定，而是要取決于不同的流動型態(tài)（分層流、泡狀流、霧狀流、波狀流、環(huán)狀流、塊狀流、塞狀流）和兩相之間的自由界面等因素。塊狀流的流體壓力波動且不穩(wěn)定，會使彎管等管件受到?jīng)_擊、碰撞，并使管道發(fā)生嚴重振動，導致管道和設(shè)備破壞。因此，在計算兩相流管道直徑時，需要根據(jù)工程經(jīng)驗采用不同方法對不同的情況加以修正。

Process Design of Vertical Gravity Gas-Liquid Separator

Xu Jian-hua

Gravity gas-liquid separator has been widely used in the chemical industry，and the most used of which is the vertical gravity gas-liquid separator.In this paper，a brief introduction to the common gravity gas-liquid separator is introduced，and as an example，an engineering design of a gas-liquid separator is showed.The selection of equipment and the key parameters of vertical gravity gas-liquid separator are introduced in details，and several key issues which should be cared in the process design are also listed.

Gravity Gas-Liquid Separator；Equipment selection；Process Design

TQ053.2

A

1003-6490（2016）07-0099-02

2016-06-28

許建華（1979—），男，山東日照人，工程師，主要從事石油化工工藝設(shè)計工作。