VBA編程在立式氣液分離器設(shè)計中的應(yīng)用

齊俊嶺

（科洋環(huán)境工程（上海）有限公司，上海 200233）

氣液分離器是根據(jù)重力沉降分離的原理，實(shí)現(xiàn)氣液粗效分離的設(shè)備。氣液分離器在石油化工行業(yè)中運(yùn)用廣泛。在設(shè)計中根據(jù)行業(yè)不同通常采用《油氣分離器規(guī)范》（SY/T0515—2014）、《油田油氣集輸設(shè)計規(guī)范》（GB50350—2015）附錄A以及《氣-液分離器設(shè)計》（HG/T20570.8—95）進(jìn)行具體計算選型。

在計算過程中，《油氣分離器規(guī)范》（SY/T0515—2014）和《氣-液分離器設(shè)計》（HG/T20570.8—95）的近似估算法類似，但均存在假設(shè)值和真實(shí)物流狀態(tài)有較大出入的情況，造成計算結(jié)果的不準(zhǔn)確，因此較適用于初步計算?！队吞镉蜌饧斣O(shè)計規(guī)范》（GB50350—2015）和《氣-液分離器設(shè)計》（HG/T20570.8—95）的精確算法類似，充分考慮了液滴沉降的自由沉降速度，但自由沉降速度的計算依賴于手工查圖試差計算，嚴(yán)重影響了計算效率[1-2]。

本文基于《氣-液分離器設(shè)計》（HG/T20570.8—95）的精確算法，通過對阻力系數(shù)和雷諾數(shù)關(guān)系圖進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸，并完整的運(yùn)用VBA 進(jìn)行了立式氣液分離器設(shè)計編程，實(shí)現(xiàn)了立式氣液分離器的自動化設(shè)計計算。

1 計算原理和算法邏輯

根據(jù)《氣-液分離器設(shè)計》規(guī)范[3]，計算過程主要由以下步驟和算式構(gòu)成：

在計算過程中，首先假設(shè)沉降雷諾數(shù)Ret初值Reto，通過查圖的方法獲得阻力系數(shù)ζ值。然后根據(jù)式（2）計算出沉降速度ut，并進(jìn)一步根據(jù)式（3）計算出沉降雷諾數(shù)Ret。經(jīng)過和初值Reto進(jìn)行比較，如果差值絕對值和精度ε差別較大，重新選擇初值重復(fù)計算，否則代入式（4）計算分離器直徑D和式（5）計算液位高度HL。計算過程用算法邏輯圖表示（見圖1）。

通過計算過程和算法邏輯圖可以看出計算過程中存在對雷諾數(shù)Ret的迭代。每次迭代均需要經(jīng)過多重計算步驟和查圖，因此工作量較大。如果能將查圖步驟以數(shù)據(jù)回歸方程替代，可以實(shí)現(xiàn)計算機(jī)自動求解，并大幅提高設(shè)計計算效率。

圖1 算法邏輯圖

2 ζ-Ret的數(shù)據(jù)回歸及分析

由上述分析可知，實(shí)現(xiàn)計算機(jī)自動求解的難點(diǎn)之一在于對阻力系數(shù)ζ和雷諾數(shù)Ret關(guān)系圖進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸，即實(shí)現(xiàn)式（1）的過程。

根 據(jù)ζ-Ret圖形關(guān)系，需要對10-1≤Re≤102和102≤Re≤105進(jìn)行分段數(shù)據(jù)回歸。方程擬合型式采用多項式函數(shù)，讀取樣本數(shù)為200個，擬合方法采用CAD 數(shù)字化曲線線圖方法實(shí)現(xiàn)[4]。在數(shù)據(jù)處理的過程中需要進(jìn)行l(wèi)gX～X 和lgY～Y 替代。擬合后式（1）如下：

在99%置信度下，曲線回歸結(jié)果分析情況如表1所示。

表1 ζ-Ret曲線回歸分析

曲線回歸方程的擬合度以相關(guān)系數(shù)R2表示，R2接近于1，說明曲線回歸方程擬合良好；在99%置信度區(qū)間內(nèi)，以F檢驗(yàn)對回歸顯著性進(jìn)行判定F＞F查表，回歸方程有意義。

3 VBA模型開發(fā)和組態(tài)

在Excel 中運(yùn)用VBA 編程進(jìn)行模型開發(fā)，避免了其他編程語言開發(fā)應(yīng)用程序中設(shè)計安裝程序的問題，同時VBA 代碼經(jīng)少量修改可移植入VB 或VB.net 等大型編程工具，具有應(yīng)用簡便、設(shè)計效率高的特點(diǎn)。

代碼結(jié)構(gòu)采用了主體Sub 過程和5個子Function 過程。主體計算在Sub 過程中實(shí)現(xiàn)，采用Button 動作以避免輸入誤操作；Function 過程中依次實(shí)現(xiàn)式（1）～（5）的計算，并通過主體Sub 過程實(shí)現(xiàn)對函數(shù)的調(diào)用。

4 模型應(yīng)用

利用標(biāo)準(zhǔn)中的例題進(jìn)行模型的應(yīng)用驗(yàn)算。對比手動查圖和自動計算兩種方法得到的結(jié)果見表2。

表2 分離器計算結(jié)果比較

通過比較可以看出，采用本文建立的模型計算誤差在1%以內(nèi)，具有一定的準(zhǔn)確度。

5 結(jié)論

本文在Excel 中運(yùn)用VBA 編程實(shí)現(xiàn)了立式氣液分離器設(shè)計的自動化。

1）該方法避免了大量的手動迭代計算，提高了設(shè)計效率。

2）該模型具有一定的準(zhǔn)確度，可以用于設(shè)計計算。

符號說明