【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(jié)面積，也提高了分離效率。本文對(duì)斜板式氣液分離器設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究，通過與普通的重力分離器進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，經(jīng)研究表明：在一定結(jié)構(gòu)外徑的前提下，斜板式氣液分離器的設(shè)計(jì)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(guān)鍵詞】斜板式氣液分離器；設(shè)計(jì)思路；分離效率

氣液分離器在礦井生產(chǎn)中發(fā)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(zhì)，容易腐蝕管道或堵塞閥門，嚴(yán)重影響了天然氣的正常運(yùn)輸。面對(duì)近幾年氣液兩相分離器在應(yīng)用過程中存在沉降時(shí)間長、體積大及分離效果不明顯等問題，設(shè)計(jì)一種新型的氣液分離器，即斜板式氣液分離器，以達(dá)到良好的分離效果。

1.斜板式氣液分離器的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如圖1所示[2]。該裝置可以實(shí)現(xiàn)分散相液滴的分離，相對(duì)于普通的重力分離器而言，其具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：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(jié)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(yùn)動(dòng)不同，液滴和層膜運(yùn)動(dòng)的相互作用，加快了液滴的聚結(jié)；第三，斜板上的層膜可以處于連續(xù)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，通過層膜表面的不斷更新，有利于液滴的聚結(jié)。其中，斜板式氣液分離器內(nèi)部的工藝流程為：進(jìn)氣、沖擊水洗、分離固體顆粒與氣液、斜板層內(nèi)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(jī)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(nèi)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(jìn)入分離器，在初步的沖擊水洗中，將分離出的氣液導(dǎo)向進(jìn)入分布器，再次進(jìn)行流固分離，將氣液混合流在進(jìn)入實(shí)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(duì)液滴產(chǎn)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(wǎng)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(xì)流薄膜，隨之分離出的液滴將進(jìn)入薄膜內(nèi)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(nèi)，通過對(duì)液口閥開關(guān)的控制，最終將液體排出分離器。

2.斜板式氣液分離器設(shè)計(jì)思路構(gòu)建

分析傳統(tǒng)的氣液分離器的設(shè)計(jì)，其主要是以球形液滴力學(xué)模型為依據(jù)，通過計(jì)算機(jī)液滴的沉降速度，最終推導(dǎo)出一系列氣液分離器的工藝設(shè)計(jì)的計(jì)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(shí)際的計(jì)算過程中，由于液滴流體的流態(tài)對(duì)沉降速度有重要影響，這就要求事先需假設(shè)沉降處于某一區(qū)域范圍內(nèi)，以某一沉降速度計(jì)算公式為依據(jù)，得出沉降速度值，然后利用雷諾數(shù)校核所假設(shè)的流態(tài)是否正確[2]。然而，針對(duì)液滴沉降速度的計(jì)算，計(jì)算公式為：

其中，wi代表第i次計(jì)算時(shí)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(jì)算過程中，若阻力系數(shù)取值Cd=0.34，則液滴沉降速度的計(jì)算公式為：

分析普通分離器的設(shè)計(jì)理論，其工藝流程為：進(jìn)氣、鋪霧器、分布器、斜板式分離單元、出液口、出氣口等。對(duì)于普通分離器的設(shè)計(jì)，要想達(dá)到良好的分離效果，就必須要求液滴在未達(dá)到分離階段出處時(shí)，液滴沿斜面流入的時(shí)間大于沉降需要的時(shí)間，才能達(dá)到良好的分離效果[3]。針對(duì)液滴在斜板間的運(yùn)行，通過建立二維坐標(biāo)，其主要沿x軸方向以速度υ-ωsinα運(yùn)動(dòng)，得知液滴的運(yùn)動(dòng)速度，則可以得出液滴沿斜面運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為：

在普通的分離器設(shè)計(jì)中，只要L值大于h值，則可以得到較好的分離效果，為了節(jié)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?yōu)椋?/p>

針對(duì)斜板式氣液分離器的設(shè)計(jì)，為了達(dá)到良好的分離效果，可以在傳統(tǒng)的分離器基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的分離器的設(shè)計(jì)參數(shù)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(jì)算液滴沉降速度時(shí)，可以按照普通分離器液滴直徑為300um，通過上述計(jì)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(jié)

針對(duì)斜板式氣液分離器的設(shè)計(jì)，與普通的分離器相比，具有明顯的優(yōu)越性，通過在傳統(tǒng)分離器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上科學(xué)合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(fā)展前景。

【參考文獻(xiàn)】

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

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

[3]王惠明，梁政.斜板式氣液分離器的設(shè)計(jì)[J].化工機(jī)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(shù)研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，04：154-158+211.