邹小勇
【摘 要】Gas-liquid separators are mainly used to separate gas and liquid in process industry, including petroleum, chemical, natural gas processing industry, etc.Taking one LNG project as an example, in a given scale of gas treatment and operating conditions, the design and calculation of one horizontal separator V-103 and one vertical separator V-203 were introduced in detail according to the relevant design specifications or standards at home and abroad.The results showed that the size of separator V-103 was D=2200 mm, L=9200 mm and separator V-203, D=6100 mm, L=9900 mm.%气液分离器主要用于工艺过程中分离气液混合物,广泛应用于石油、化工、天然气处理等行业.论文结合某天然气液化项目,根据国内外相关的设计规范或标准,在给定处理量和操作条件下,满足一定的分离要求,以项目中混合冷剂MR2立式分离器V-103和混合冷剂MR1卧式分离器V-203为例,详细介绍了气液分离器的计算原理及其工艺设计计算过程,得到的分离器尺寸为:V-103,D=2200 mm,L=9200 mm;V-203,D=6100 mm,L=9900 mm.
【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】2017(045)010
【总页数】4页(P139-141,144)
【关键词】气液分离器;选型;设计;计算
【作 者】邹小勇
【作者单位】北京博鼎诚工程设计有限公司,北京 100029
【正文语种】中 文
【中图分类】TE99
气液分离技术是从气流中分离出雾滴或液滴的技术。该技术广泛应用于石油、化工(如合成氨、硝酸、甲醇生产中原料气的净化分离及加氢装置重复使用的循环氢气脱硫)，天然气的开采、储运及深加工，柴油加氢尾气的回收[1-2]，湿法脱硫，烟气余热利用，湿法除尘[3]及发酵工程等工艺过程，用于分离和清除有害物质或高效回收有用物质[4]。 气液分离器主要依据重力沉降原理，采用《油气集输设计规范》GB 50350-2005及《分离器规范》SY/T 0515-2007进行计算和选取，并以以下假设为基础：①悬浮物的运动速率为常数；②分离器内不发生凝聚和分散作用；③液、固微粒均是球形[5]。而且计算过程中忽略微粒沉降的加速阶段，仅考虑分离不小于50 μm微粒的情况。因此，这些都增加了分离器计算的不确定性。工程设计人员一般先根据标准规范进行初算，然后再根据经验和工程需要进行修正，所以有时所选设备尺寸会比计算结果大很多，造成不必要的浪费。
论文以某天然气液化项目中气液分离器(立式和卧式)的设计为例，对气液分离器的设计与计算进行了详细地讨论，可为气液分离器的选型提供参考。
1.1 选型[6]
气液分离器分立式和卧式两种型式，如图1所示。
气液分离器可以配置丝网除沫器、入口换向器、防冲击挡板或沉降内部构件。G/L(气液比)较大时选用立式气液分离器，G/L(气液比)较小时选用卧式气液分离器。立式气液分离器具有占地面积小、容易除去固体颗粒、液滴除去效率不受液位的高度影响等优点，且与卧式分离器相比，在相同分离要求下，其容积更小。
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中药制药1.2 基本原理[7-8]
气液分离通常分为三个阶段：第一个阶段为预分离，即利用气体中所夹带液体的动量使大的液滴与入口挡板碰撞，然后利用液滴自重沉降下来，从而将气液分成以气体为主和以液体为主的两个部分；第二个阶段为二次分离，即使较小液滴利用自身重力实现分离；第三个阶段为除沫，小的液滴在除沫器处聚集成较大的液滴，然后靠重力实现气液的分离。
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对于第二阶段，必须计算允许的流速，用于确定气液分离面积。计算沉降过程中液滴力的平衡可以得到关系式。
液滴的净重为：
平衡曳力为：
较重的液滴将以恒定的终端沉降速度Va运行：
因此，只要UV<Va，液滴便会被分离出来。一般允许的沉降速度UV = 0.75Va，从而得到Sauders-Brown方程：
其中：
实际上仅靠重力沉降，较小的液滴是难以分离出来的，但是如果这些较小液滴能够聚集成较大的液滴，那么通过重力沉降就能实现分离。在分离器中的液滴聚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。由于聚集后的液滴直径很难预测，所以K值一般根据工程经验进行取值。K值的选取是分离器设计中比较敏感的问题之一，根据具体情况有所不同，对于液相黏度小于40 cP的进料，可以参照文献[9]选取。
关于分离器中除沫器的要求，在工程上我们可以选择丝网形式，也可以选择叶片式，论文仅对丝网形式进行讨论。此外，设计时还需考虑除沫器可通过人孔进行检维修或拆除。
考虑到支撑圈也占用一部分除沫器的面积，因此设计时，通过计算得到除沫器的最小直径后，要对支撑圈占用部分进行补偿，补偿规定参考文献[9]。
另外，计算过程中对分离器的尺寸也是有要求的。对于立式分离器，直径最小取0.85 m。对于无除沫器的卧式分离器，直径最小取1 m；对于带丝网除沫器的卧式分离器，直径最小取1.3 m。分离器尺寸计算时，圆整要求参照文献[9]。
卧式分离器的填充系数：无除沫器，最大80%；丝网除沫器，最大60%。卧式分离器的长径比(L/D)一般控制在2.5～6。
2.1 立式气液分离器
以项目中混合冷剂MR2分离器V-103为例，对立式气液分离器的计算方法做详细讨论，其计算示意图如图2所示。
(1)根据公式(4)，确定气体在分离器内的最大上升流速Va:
(2)根据气体的体积流量Qv和Va计算出除沫器的最小直径Dmin:
Dmin×.822 m
(3)根据文献[9]要求对计算出的Dmin进行补偿，得出分离器的直径D，并将D根据文献[9]进行圆整。
根据文献[9]的规定，确定支撑圈的宽度为65 mm，考虑到支撑圈所占面积，分离器的直径为D=1.822+2×0.065=1.952 m，圆整到2.0 m。
(4)计算分离器的截面积A：
(5)根据液体的停留时间，液体的体积流量QL以及分离器的截面积来计算HLL-LLL的高度H，液体的停留时间按5 min来考虑：
圆整到8 m。
(6)根据文献[9]的规定，并结合图2中分离器各段高度的划分来确定分离器的长度L。得到分离器V-103的各段高度如下：
，即4000 mm；
H8=H-H9=8-4=4 m，即4000 mm；
H1=0.15D=0.15×2=0.3 m，即300 mm；
H2=150 mm；
H3=0.5D=0.5×2=1 m，即1000 mm；蚀刻液再生
分离器只有一个入口，故H4=H5=0 mm；
没有CSO液位，H7=0 mm；
H10=300 mm；
H6=300+0.5×24×25.4=604.8 mm，圆整到625 mm。
(7)根据H1至H10的加和得出L，并且圆整到100 mm的倍数，如果L圆整前后有变化，则调整H6的值，使H1～H10的加和满足L圆整后的要求：
圆整到10400 mm。
调整H6的值，H6=650 mm
L/D是否在合适的范围内一般根据以往的工程经验来确定，可以通过指定D来改变L/D。如没有可参考的经验，L/D可取1.5～5。
由计算结果可知，分离器V-103的L/D的值大于5，因此需通过增大D来降低L/D的值。最后通过计算得到的分离器V-103 的尺寸为：D=2200 mm，L=9200 mm。
2.2 卧式气液分离器
以项目中混合冷剂MR1出口分离器V-203为例，对卧式气液分离器的计算方法做详细讨论，其计算示意图如图3所示。
(1)定义分离器的直径D，根据D计算分离器的截面积A；
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