李卓坪，吳小華，侯　超

應(yīng)用于MVR熱泵系統(tǒng)的氣液分離器優(yōu)化研究

李卓坪1，吳小華1，侯超2

（1.科盛環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，江蘇南京 211500；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

采用經(jīng)過優(yōu)化改造后的氣液分離器對MVR壓縮機(jī)進(jìn)氣進(jìn)行分離實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：改造后分離器汽量下降約85%～95%，冷凝水中氯離子含量＜5mg/L；可以實(shí)現(xiàn)分離去除大于5～7μm的顆粒，分離效率達(dá)到98.5%以上，使進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)的蒸汽的液滴夾帶最小從而保證壓縮機(jī)的正常運(yùn)行和冷凝水回用質(zhì)量。

MVR熱泵；氣液分離器；優(yōu)化

機(jī)械蒸發(fā)再壓縮（MVR）熱泵技術(shù)是目前比較先進(jìn)的技術(shù)，具有低能耗，無需額外加熱源；預(yù)熱簡單；投資費(fèi)用適中；負(fù)荷調(diào)節(jié)簡單；易于模塊化，有利于擴(kuò)大生產(chǎn)容量等優(yōu)點(diǎn)。MVR用以處理高濃度含鹽廢水，可以分離或回收廢水中全部鹽分并排出較為清潔的冷凝水，處理工藝徹底。因此，該技術(shù)符合我國目前節(jié)能減排的技術(shù)要求，被認(rèn)為是一項(xiàng)具有潛力的“零排放”的技術(shù)，對于降低能源消耗、回收鹽分資源、減小污水排放具有重要意義。由于壓縮機(jī)吸氣中可能含有一些如固體顆粒、水、油等有害成分，會(huì)對壓縮機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生腐蝕和破壞，或?qū)μ囟ǖ纳a(chǎn)工藝或流程產(chǎn)生嚴(yán)重影響［1］。因此，必須通過分離器等裝置除去壓縮氣體中的有害成分，以達(dá)到GB/T13277.1—2008《壓縮空氣第1部分：污染物凈化等級》的規(guī)定，進(jìn)而保證壓縮機(jī)裝置長周期連續(xù)安全高效地運(yùn)行。因此氣液分離器設(shè)計(jì)須重點(diǎn)考慮其分離效率。

氣液分離器是工業(yè)過程中機(jī)械分離單元的重要組成部分，在現(xiàn)有技術(shù)中，分離方法有多種常用方法，如重力沉降法、慣性撞擊法、離心分離法、過濾法等。由于設(shè)計(jì)的不同，每一種分離方法，都有其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及差異，造成各種分離方法在性能、成本和維護(hù)費(fèi)用以及運(yùn)行周期上都有所不同，本文擬通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出一款分離效率高，成本和維護(hù)較為簡單低廉的高效氣液分離器。

1　設(shè)計(jì)方案

1.1設(shè)計(jì)目的

針對MVR壓縮機(jī)的安全運(yùn)行性能要求，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種綜合運(yùn)用多種分離方法，提升氣液分離器的性價(jià)比和分離效果，目的是分離去除大于5～7μm的顆粒，分離效率達(dá)到98.5%以上的一種高效氣液分離器，使進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)的蒸汽的液滴夾帶最小化而保證壓縮機(jī)的安全運(yùn)行。

1.2主要結(jié)構(gòu)

氣液分離器，包括設(shè)備筒體、帶絲網(wǎng)除沫器的分離內(nèi)芯、折板、折板支撐板、進(jìn)氣口、上封頭及出氣口、外部支腿等，帶絲網(wǎng)除沫器的分離內(nèi)芯設(shè)在筒體的頂部，分離折板（水平45°，間距15mm）設(shè)在絲網(wǎng)除沫器與底部隔板之間，進(jìn)氣口設(shè)在分離器錐形筒與隔板之間的設(shè)備筒體的側(cè)壁上，分離內(nèi)件設(shè)在設(shè)備筒體內(nèi)內(nèi)筒的上方［2］。裝置的主要結(jié)構(gòu)參照圖1。

1.3試驗(yàn)過程

從蒸發(fā)室出來的液體通過進(jìn)液管道進(jìn)入該氣液分離器中，由于離心力的作用，首先進(jìn)入離心分離階段，液體沿筒壁旋轉(zhuǎn)下降進(jìn)入出液口；蒸發(fā)氣泡由于負(fù)壓存在從液體中析出上升，進(jìn)入慣性碰撞分離階段，氣流通過與分離內(nèi)件的碰撞，折轉(zhuǎn)向上，在筒體內(nèi)向上流動(dòng)，被折板匯聚的液滴向下流動(dòng)進(jìn)入重力沉降分離階段，隨后氣流流入分離內(nèi)芯，到達(dá)過濾分離階段，從分離內(nèi)芯出來的氣流從出氣口流出。

圖1　優(yōu)化后氣液分離器結(jié)構(gòu)

1.3.1離心分離階段

蒸發(fā)出液通過進(jìn)液口進(jìn)入分離器，到達(dá)有導(dǎo)向的螺旋板，進(jìn)行離心分離階段；并且隨著下降進(jìn)入錐筒，該螺旋板的流通面積減小，使得氣流的螺旋速度增加，實(shí)現(xiàn)充分利用離心分離效果的目的。

1.3.2慣性碰撞分離階段

氣流螺旋向上碰撞分離內(nèi)件，進(jìn)入折板慣性碰撞分離階段；該折板的作用是很好地成為慣性碰撞的障礙物，夾帶的微小液滴由于慣性和表面張力的作用而粘附在折板表面，防止分離出的液滴隨高速旋轉(zhuǎn)的氣流在器壁上旋轉(zhuǎn)而不沉積，其中間擋板能有效打亂高速旋轉(zhuǎn)的氣流在中心處形成的低壓區(qū)域，甚至負(fù)壓區(qū)域。

1.3.3重力沉降分離階段

氣流通過與分離內(nèi)件的碰撞，氣流蜿蜒折轉(zhuǎn)向上，向上流速降低，使其達(dá)到足夠慢時(shí)，對折板上的液滴向上的吹動(dòng)力降低，由于重力的作用，小液滴匯聚成大液滴而降落到錐形筒內(nèi)，隨液流排出。

1.3.4絲網(wǎng)除沫器過濾分離階段

氣流流入分離內(nèi)芯，經(jīng)絲網(wǎng)除沫器過濾分離。螺旋板對氣流的旋轉(zhuǎn)方向具有導(dǎo)流作用，并可通過控制螺旋板中的流通面積來控制氣流的旋轉(zhuǎn)速度，一般是提高其旋轉(zhuǎn)速度，這樣就可更穩(wěn)定、更有效地保證離心分離的效果。帶絲網(wǎng)除沫器的分離內(nèi)芯能夠最大限度地提升分離顆粒的能力和分離效果。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1優(yōu)化改造前后氣液分離器冷凝水量變化

圖2為優(yōu)化改造前后的冷凝水量變化，可以看出：改造前后冷凝水量變化基本一致，均隨壓縮機(jī)頻率的升高而升高。改造后冷凝水產(chǎn)水量約為改造前冷凝水量的95%到85%，這是由于改造后在分離器內(nèi)部增加了折板分離組件，增加了氣體抽送阻力，導(dǎo)致冷凝水量略有下降，并且伴隨著頻率升高，氣流速度加快，阻力也更加明顯，冷凝水量下降趨勢增大［3］。

圖2　優(yōu)化改造前后氣液分離器冷凝水量變化

2.2改造前后氣液分離夾帶氯離子含量變化

圖3為改造前后氣液分離夾帶氯離子含量變化，可以看出在改造前冷凝水中氯離子含量隨著頻率的增加也會(huì)增加，這應(yīng)該是由于壓縮機(jī)抽吸冷凝器中的氣體中含有小液滴夾帶氯離子進(jìn)入冷凝水箱導(dǎo)致，并且該趨勢和頻率、汽量成正相關(guān)；經(jīng)改造后冷凝水中氯離子含量受汽量影響較小，并且只有幾個(gè)左右，這對冷凝水的回用有很好的保障作用。

2.3改造后氣液分離器出口液滴粒徑情況

通過對分離器出口的粒度進(jìn)行的在線監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)出口的粒度都是7μm以下的小液滴，能夠滿足壓縮機(jī)的進(jìn)口指標(biāo)。但是這些小液滴在進(jìn)口中并沒有被檢測到，分析其原因是，在高氣速的條件下，液滴撞擊液膜而產(chǎn)生的小液滴，當(dāng)我們繼續(xù)增大氣速，在出口會(huì)發(fā)現(xiàn)10μm以下的小液，還有10～40μm這部分原本能夠被分離下來的大液滴，這部分是由于氣速過大直接將液滴帶出，下一步應(yīng)考慮優(yōu)化材質(zhì)和流道，將成膜液滴順利導(dǎo)出，避免氣流過大撕裂液膜導(dǎo)致出口形成液滴。

圖3　改造前后氣液分離夾帶氯離子含量變化

3　結(jié)論

1）該裝置綜合了多種分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)，并充分克服了原有方法的缺點(diǎn)，縮小了設(shè)備的體積、重量和占地面積，節(jié)省了設(shè)備制造費(fèi)用，性價(jià)比得到提高。

2）采用經(jīng)過優(yōu)化改造后的氣液分離器對MVR壓縮機(jī)進(jìn)氣進(jìn)行分離實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：改造后分離器汽量下降約85%～95%，冷凝水中氯離子含量＜5mg/L；可以實(shí)現(xiàn)分離去除大于5～7μm的顆粒，分離效率達(dá)到98.5%以上，使進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)的蒸汽的液滴夾帶最小，從而保證壓縮機(jī)的正常運(yùn)行和冷凝水回用質(zhì)量。

［1］ 董蓉芳.工藝螺桿壓縮機(jī)中氣液分離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用［J］壓縮機(jī)技術(shù)，2012，（6）.

［2］ 余凱，盧穎，曾榆.一種壓縮機(jī)裝置中的高效氣液分離器［J］石油和化工設(shè)備，2015，（6）.

［3］ 王瑞，褚雅志，王領(lǐng)，等.組合式氣液分離器的結(jié)構(gòu)研究［J］現(xiàn)代化工，2013，（12）.

MVR Heat Pump System Used in the Gas-Liquid Separator Optimization

Li Zhuo-ping，Wu Xiao-hua，Hou Chao

After transformation，optimized gas-liquid separator for MVR compressor inlet separation experiments，the results showed that：after the transformation of steam separator decreased by about 85% to 95%，condensed water chloride ion content ＜5mg/ L；can to achieve the separation to remove particles greater than 5～7μm，the separation efficiency of more than 98.5%，so that the droplets into the steam inside the compressor entrained minimum thus ensuring the normal operation of the compressor and condensing water reuse quality.

MVR heat pumps；gas-liquid separator；optimization

TQ051.5

B

1003-6490（2016）06-0096-02