基于斜板式氣液分離器的設計分析

【摘 要】斜板式氣液分離器是一種全新的，高效的分離裝置，相比普通的重力分離器而言，既增加了液滴的凝結面積，也提高了分離效率。本文對斜板式氣液分離器設計進行分析研究，通過與普通的重力分離器進行對比計算，經研究表明：在一定結構外徑的前提下，斜板式氣液分離器的設計可以降低帶出液體的粒徑，也可以提高氣液分離器的分離效率。

【關鍵詞】斜板式氣液分離器；設計思路；分離效率

氣液分離器在礦井生產中發揮著不可替代的作用，由于礦井開采出來天然氣含有大量的液體和固體雜質，容易腐蝕管道或堵塞閥門，嚴重影響了天然氣的正常運輸。面對近幾年氣液兩相分離器在應用過程中存在沉降時間長、體積大及分離效果不明顯等問題，設計一種新型的氣液分離器，即斜板式氣液分離器，以達到良好的分離效果。

1.斜板式氣液分離器的工作原理及結構特點分析

斜板式氣液分離器屬于一種新型、高效的分離裝置，分析斜板式氣液分離器的結構特點，如圖1所示[2]。該裝置可以實現分散相液滴的分離，相對于普通的重力分離器而言，其具有以下幾個優點：第一，斜板的加入，使分離器形成了不同的流體通道，這樣既增加了液滴的聚結面積，也提高了分離器的分離效率；第二，分離器中液滴的方向和速度均與層膜運動不同，液滴和層膜運動的相互作用，加快了液滴的聚結；第三，斜板上的層膜可以處于連續運動的狀態，通過層膜表面的不斷更新，有利于液滴的聚結。其中，斜板式氣液分離器內部的工藝流程為：進氣、沖擊水洗、分離固體顆粒與氣液、斜板層內重力沉降、末端鋪霧、出氣等[1]。分析斜板式氣液分離器的分離機理，首先必須在分層室將分離器氣體出口的一端墊到一定高度，確保分離單元內的平板是傾斜的，然后將要分離的氣液混合的兩相流體從分離器前端進入分離器，在初步的沖擊水洗中，將分離出的氣液導向進入分布器，再次進行流固分離，將氣液混合流在進入實際的分離裝置。在氣液分離過程中，因液滴的密度較大，在重力作用下，氣體對液滴產生的阻力將隨著速度的增大而變得越來越大，最終維持平衡，液滴將以一定的沉降速度分離。通過液滴鋪霧網捕獲沉降到斜板上的液滴，通過與斜板面的相互作用，最終形成細流薄膜，隨之分離出的液滴將進入薄膜內并撞擊層膜，將融為一體的液滴沿斜面流入分離器的前端室內，通過對液口閥開關的控制，最終將液體排出分離器。

2.斜板式氣液分離器設計思路構建

分析傳統的氣液分離器的設計，其主要是以球形液滴力學模型為依據，通過計算機液滴的沉降速度，最終推導出一系列氣液分離器的工藝設計的計算公式，包括氣液分離器的臨界粒徑、處理速度及分離效率等。在實際的計算過程中，由于液滴流體的流態對沉降速度有重要影響，這就要求事先需假設沉降處于某一區域范圍內，以某一沉降速度計算公式為依據，得出沉降速度值，然后利用雷諾數校核所假設的流態是否正確[2]。然而，針對液滴沉降速度的計算，計算公式為：

其中，wi代表第i次計算時液滴的沉降速度，單位m/s，dm代表液滴中徑，單位um，u’代表氣體粘度，單位Pa.s。在計算過程中，若阻力系數取值Cd=0.34，則液滴沉降速度的計算公式為：

分析普通分離器的設計理論，其工藝流程為：進氣、鋪霧器、分布器、斜板式分離單元、出液口、出氣口等。對于普通分離器的設計，要想達到良好的分離效果，就必須要求液滴在未達到分離階段出處時，液滴沿斜面流入的時間大于沉降需要的時間，才能達到良好的分離效果[3]。針對液滴在斜板間的運行，通過建立二維坐標，其主要沿x軸方向以速度υ-ωsinα運動，得知液滴的運動速度，則可以得出液滴沿斜面運動的時間為：

在普通的分離器設計中，只要L值大于h值，則可以得到較好的分離效果，為了節約材料及成本，通過減少分離器的尺寸，這就要求公式（5）（6）的公式變為：

針對斜板式氣液分離器的設計，為了達到良好的分離效果，可以在傳統的分離器基礎上進行設計，傳統的分離器的設計參數有操作壓力P=13MPa，溫度為293L，氣體密度為0.6，氣體處理量為50×104m3，考慮到液體中顆粒直徑變化較大，因此，在計算液滴沉降速度時，可以按照普通分離器液滴直徑為300um，通過上述計算公式，可得出處理量一定的條件下液滴的沉降速度w=0.25m/s[4]。

3.總結

針對斜板式氣液分離器的設計，與普通的分離器相比，具有明顯的優越性，通過在傳統分離器設計的基礎上科學合理地進行設計，提高分離效果，使斜板式氣液分離器在市場中具有良好的發展前景。

【參考文獻】

[1]姜華，阮長悅.斜板式氣液分離器的內流場CFD模擬[J].石油和化工設備，2011，08：5-8.

[2]姜華，梁政，張磊.斜板式氣液分離器流場的數值模擬[J].油氣儲運，2011，11：830-833+5.

[3]王惠明，梁政.斜板式氣液分離器的設計[J].化工機械，2009，01：13-16+37.

[4]梁政，王惠明，梁春平.斜板式氣液重力分離技術研究[J].西南石油大學學報（自然科學版），2009，04：154-158+211.