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  气液分离器设计计算CHEMICALENGINEERINGDESIGN化工设计2011215气液分离器设计计算冯宇中国石油辽河工程有限公司盘锦124010摘要介绍气液分离器理论基础和设计方法提出气液分离器计算方法的改进和对比实例关键词气液分离器设计计算方法气液分离器依据重力沉降原理采用《油气集输设计规范》GB50350-2005及《分离器规范》SYT0515-2007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液固微粒均是球形计算忽略微粒沉降的加速阶段仅考虑分离不小于50μm微粒的情况此外在计算中引入立

  CHEMICALENGINEERINGDESIGN化工设计2011215气液分离器设计计算冯宇中国石油辽河工程有限公司盘锦124010摘要介绍气液分离器理论基础和设计方法提出气液分离器计算方法的改进和对比实例关键词气液分离器设计计算方法气液分离器依据重力沉降原理采用《油气集输设计规范》GB50350-2005及《分离器规范》SYT0515-2007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液固微粒均是球形计算忽略微粒沉降的加速阶段仅考虑分离不小于50μm微粒的情况此外在计算中引入立式分离器修正系数K1气体空间占有的空间面积分率K2气体空间占有的高度分率K3和长径比K4经验参数[1]这无疑增加分离器计算的不确定性设计人员先依据标准篮球课程标准尘肺标准片党员活动室建设分级护理细化标准儿科分级护理标准规范进行计算再根据经验及工程需要进行修正有时最终所选设备会比计算结果大很多造成不必要的浪费基于以上考虑综合多种计算方法得出分离器计算方法该方法不仅满足工程需要而且采用使设备重量最轻的优化过程使投资最低可为气液分离器选型提供参考1计算的基本原理11选型[2]气液分离器分立式和卧式两种型式见图1图1气液分离器示意图气液分离器可以配置丝网捕雾器入口换向器防冲击挡板或沉降内部构件立式气液分离器适用于从高气液比混合物中分离液体卧式气液分离器适用于从低气液比混合物中分离气体12基本原理[34]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重力分离第三个阶段为除雾小的液滴在捕雾器处聚集成较大的液滴然后靠重力实现气液的分离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FGMPρL-ρVggcρV平衡曳力为FDπ8CDD2PUV2ρVgc较重的液滴将以恒定的终端沉降速度UT运行UT4gDPρL-ρV3CDρV因此只要UV<UT液滴便会被分离出来一般允许的沉降速度UV075UT从而得到Saud-ers-Brown方程UTKρL-ρVρ槡V81冯宇助理工程师2007年毕业于中国石油大学华东化学工程与工艺专业主要从事石油天然气工程设计工作联系电话E-mailfghiksina.com**本文受到国家科技重大专项项目煤层气田地面集输工艺及监测技术编号2009ZX05039的资助2011215冯宇气液分离器设计计算其中K4gDp3C槡D实际上较小的液滴只靠重力沉降是分离不出来的但这些较小液滴可以聚集成较大的液滴再通过重力沉降才能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捕雾器的K值一般取经验值K值的选取便是分离器设计中比较敏感的问题乘法口算100题七年级有理数混合运算100题计算机一级题库二元一次方程组应用题真心话大冒险刺激问题之一对于设有捕雾器的分离器K值可参照表入党积极分子考察表目数与毫米对照表教师职称级别一览表员工考核评分表普通年金现值系数表1选取对于没设捕雾器的分离器推荐K值为有捕雾器分离器的一半或通过上述公式身份证号码提取年龄的公式电容电压公式电容公式定积分求导公式力学公式计算出其理论K值如果知道聚集液滴的尺寸选取曳力系数CD见表1表1分离器K值选取表项目条件K值带捕雾器的分离器1≤P1≤15K0182100029P00460lnP15≤P1≤40K03540≤P1≤5500K0430-0023lnPGPSA工程数据手册0≤P2≤1500K035-001P-100100线K不带捕雾器的立式分离器KK2压缩机入口洗涤器分子筛膨胀机入口分离器K07~08K理论计算不带捕雾器K4gDp3C槡DCDexpYY8411-2243X0273X2-1865E-2X35201E-4X4Xln0.958ρVDPρL-ρVμV213基本概念在进行分离器计算前还需定义以下概念1停留时间在没有物料补充和出口流率恒定的条件下气液分离器从正常液位NLL降到低液位LLL时所经历的时间2缓冲时间在没有物料流出和入口流率恒定的条件下气液分离器从正常液位NLL升到最高液位时HLL时所经历的时间一些手册的缓冲时间是以低液位LLL和高液位HLL之间的体积为基础考虑的停留时间是从保持较好的控制和下游设备操作安全的要求考虑的缓冲时间是基于上游物流或下游物流的改变而导致液体积累考虑的最常见的物流变化是段塞流在没有特殊要求的情况下缓冲时间可以取停留时间的一半14立式气液分离器的计算立式气液分离器的气体分离区域是分离器的整个横断面所以气体的分离直径可以计算为DVD4QVπU槡VDVD为捕雾器的直径分离器的内径必须要大一些捕雾器才能安装到分离器中一般该DVD计算值要加上6in后作为最终确定的分离器内径D然后采用该D值计算相应的分离器横截面积立式分离器总高度可以分成两个部分见图1分离器的高度可按下式计算HTHLLLHHHSHLLNHD如果分离器有捕雾器那么高度还需要加上捕雾器及其构件的高度15卧式气液分离器的计算卧式气液分离器的横断面被气相和液相共同占据见图1通常先设定分离器的直径选择或计算出低液位LLL根据持液量得出正常液位NLL根据液体波动确定高液位HLL在高液位HLL和分离器顶部之间为用于气体分离的空间然后计算分离器的长度以满足持液量和波动的要求以利于气液的分离可见卧式分离器尺寸的计算方法是一个反复迭代的过程根据体积平衡可以得到VHVSLAT-AVDALLL持液量和液体波动体积可以通过停留时间和缓冲时间计算得到最小的气液分离面积AVD一般被设定为1~2ft或是分离器内径的20然后选取两者之中的较大者对于卧式分离器从气体中分离出来的液滴有一个水平拖曳力该力并不象立式分离器中的那样与重力方向相反这里不对两维颗粒运动做详细的处理多数文献承认允许的水平速率可比终端速率要大一般要求流体经历从分离器入口到出口水平段长度的时间要比液体在垂直方向上沉降到液体表面所经历的时间要长即LUAH≥HVUT2计算方法以下介绍的设计程序来自文献和被认可的设91CHEMICALENGINEERINGDESIGN化工设计2011215计导则卧式气液分离器设计采纳了优化长度和直径以使分离器重量最轻的方法为了使设计结果更可靠忽略了封头处的液体体积21立式气液分离器1立式气液分离器的终端速度的计算UTKρL-ρVρ槡Vfts为了保守计算设UV075UT通过表1得到K值然后计算气体的体积流率QVWV3600ρVft3s2计算分离器的内径DVD4QVπU槡Vft如果分离器设有捕雾器则计算的值要加上3~6in以安装支撑环最后圆整到下一个6in得到最终的分离器内径3计算液体的体积流率QLWL60ρLft3min并选取停留时间并计算持液量VHTHQLft34如果不规定波动体积则选取缓冲时间后计算波动体积VSTsQLft3低液位高度的选取见表2表2低液位高度选取表分离器直径ft立式分离器LLLin<300psia>300psia卧式分离器LLLin≤666155计算从低液位到正常液位的高度HHVHπ4DV2ft最小取1ft6计算从正常液位到高液位或高液位报警的高度HSVSπ4DV2ft最小取6in7计算高液位到入口管嘴中心的高度HLIN12dN带入口转向器HLIN1212dN不带入口转向器dn≥4Qmπ60ρ槡m05QmQLQVft3sρmρLλρV1-λlbft3λQLQLQV8计算分离高度①从入口管嘴中心到分离器顶部切线不含捕雾器②从入口管嘴中心到捕雾器焊盘底端HD05DV或取HD3605dNin不带捕雾器HD2405dNin不带捕雾器取二者中的小值9如果分离器带捕雾器则分离器的高度加上6in捕雾器的高度并加1ft作为捕雾器到分离器顶部切线计算分离器的总

  高度HTHTHLLLHHHSHLINHDHMEft其中HME是从第9步得出来的高度如果没有捕雾器HME022卧式气液分离器221设计参数1计算气体的体积流率QVWV3600ρVft3s液体的体积流率QLWL60ρLft3min2计算垂直方向的终端气体速度设UV075UTUTKρL-ρVρ槡Vfts3选取停留时间并计算持液量VHTHQLft34如果不规定波动体积则选取缓冲时间后计算波动体积VSTSQLft35取得LD的初估值[2]并且初步计算分离器直径D4VHVS06πLD13ft圆整到最接近的05ft计算总横截面积ATπD冯宇气液分离器设计计算利用表2计算低液位高度或采用HLLL05D7in此处D的单位是ft并圆整如果D≤4则HLLL9in6利用表3通过HLLLD得到ALLLAT并计算低液位面积ALLL表3容器高度与面积转换表YabcdefghiA-4755930×10--018448-4916411-1801705-0145348B013299201-8-14844824-29892851表中①Y4755930×10-5-0174875X5668973X2-4916411X3-0145348X413924091X-6358805X24018448X3-1801705X4②A为HD→AAT或HvD→AvATyAATxHD③B为AAt→HD或AvAT→HvDyHDxAAt7如果没有捕雾器气体分离区域AV的最小高度为02D或1ft中的较大值如果有捕雾器则气体分离区域的最小高度为02D或2ft中的较大值因此设定HV为02D或2ft中的较大值无捕雾器为1ft同理利用HVD获得AVAT并计算AV8计算满足液体持液量及波动的最小长度LVHVSAT-AV-ALLLft9计算液体脱除时间HVUVs气体速率UVAQVAVfts10计算满足气液分离的最小长度LMINUVAft11如果L<LMIN则LLMIN气液分离是可控的这仅会导致一些额外的持液量如果L远小于LMIN那么增加HV并且重复上述第7步计算如果L>LMIN该设计是可接受的如果L远大于LMIN液体持液量是可控的则若HV减小则L仅能被减小并且LMIN增加如果计算结果比第7步中计算的最小值大则HV仅能被减小计算将不得不通过减小HV而从第7步开始重新计算计算LD如果LD>60则增加D并且从第6步开始重新计算如果LD<15则减小D且从第5步开始重新计算12分别计算壳体和封头的厚度及表面积再计算合适的分离器重量13以6in为一档增加和减少直径通过反复计算使15<LD<6014以优化的分离器尺寸最小重量通过表3计算正常液位和高液位ANLLALLLVHLHHLLD-HV222壁厚表面积和重量1壳体壁厚sPD2SE-12Ptcin2壳体表面积SπDLft23椭圆形封头壁厚sPD2SE-02Ptcin4椭圆形封头表面积S109D2ft25半球封头壁厚sPD4SE-04Ptcin6半球封头表面积S1571D2ft27碟形封头壁厚s0885PD4SE-01Ptcin8碟形封头表面积S0842D2ft29分离器重量W490tAS2AH12lb式中P为设计压力psig一般是操作压力15~30psi或10~15取其中较大者T为设计温度℉一般是如果T操作>200℉则操作温度25~50℉如果T操作<200℉则操作温度为250℉t为壳体厚度和封头厚度两者12CHEMICALENGINEERINGDESIGN化工设计2011215之间的较大者in3实际应用以沁南煤层气端郑采气区地面建设工程为例对比两种方法所得到的结果见表4表4计算结果对比表计算方法单台处理量×104m3d操作设计压力MPa操作设计温度℃规格mm数量台规范[15]30005050~2055D3227×97002改进计算方法30005050~2055D1219×21342实际选取30005050~2055D1600×45002注实际选取值是根据压力容器长径比要求及操作要求等方面考虑得出的从表4可见采用标准规范计算的气液分离器结果较保守改进的计算方法因考虑了设备重量最轻等因素而更加优化目前该气液分离器运行平稳满足工程要求4结语1采用《油气集输设计规范》及《分离器规范》的方法计算气液分离器比较简单过程中采用图表的取值使结果更接近工程实际2采用改进的方法计算气液分离器不仅引入一些工程实际运行修正参数而且还考虑到了气液分离器的停留时间缓冲时间高液位低液位和正常液位的影响同时在满足工艺要求的前提下还使气液分离器重量最轻3建议在工程设计中选取《油气集输设计规范》及《分离器规范》进行的气液分离器粗算然后采用详细计算方法对气液分离器的尺寸进行优化符号说明A立式容器的横截面积ft2ALLL卧式容器的低液位横截面积ft2AT总横截面积ft2Av卧式容器的高液位横截面积ft2AVD所要求的气体分离面积ft2CD曳力系数D容器直径ft或inDP液滴直径ftdN管嘴直径inD容器直径ft或inDVD气体分离直径ftDv最终分离直径ftE焊缝系数FD曳力lbfFG重力lbfg重力加速度3217fts2H高度ftgc3217lbmftlbf–s2HD分离高度ftHH持液高度ftHL从液体界面到轻质液相出口之间的高度ftHLIN到入口管嘴中心线的高度HLLL低液位高度ftHME捕雾器到罐顶高度ftHS液体波动高度ftHT立式分离器的总高ftHv气体分离区域高度ftK终端速度常数ftsL容器长度ftLMIN气液分离器最小长度ftMP液滴质量lbfP压力psig或psiaQL液体体积流率ft3minQM混合体积流率ft3sft3minQV气体体积流率ft3sft3minS容器的许用应力psiTH停留时间minTS缓冲时间mintc腐蚀余量inth封头壁厚ints壳体壁厚inUAH允许的水平流速ftsUT终端速度ftsUM混合速度ftsUV气体速率ftsUVA实际气体速度ftsVH持液量ft3VLLLLLL时的体积ft3VS波动液体体积ft3VT卧式分离器的总体积ft3W容器重量lbmλ混合液分率μv气体粘度cPρL液体密度lbft3ρM混合液密度lbft3ρv气体密度lbft3液体脱除时间sθ液体停留时间minλ混合物分率下转第25页222011215高珊芳烃联合装置中歧化单元的工艺方案施工施工方案施工方案范例结构施工方案营销策划方案范本施工组织设计(施工方案)选择传统歧化低但因甲苯择形歧化装置生成的二甲苯中对二甲苯含量接近90可以相应减轻吸附分离装置异构化装置和二甲苯分离装置的生产负荷传统甲苯歧化装置与甲苯择形歧化装置对有关装置负荷的影响比较见表3表3两种装置对有关装置负荷的影响kta装置名称传统歧化甲苯择形歧化404670吸附分离4370839916异构化3542331656二甲苯分离5106847607从表3比较可知虽然甲苯择形歧化装置比传统歧化单元的规模略大但吸附分离异构化装置的规模都会减小其投资也会有所减少而且还可避免二甲苯分离装置的扩容改造322能耗从装置能耗来看建一套670kta甲苯择形歧化装置后使歧化和择形歧化装置总规模扩大到2040kta虽增大了公用工程消耗量但由于吸附分离装置异构化装置和二甲苯分离装置的能耗减少其总能耗有所下降扩建传统歧化装置与新建甲苯择形歧化装置的能耗的对比见表4表4两种装置的能耗对比项目1774kta歧化1370kta歧化670kta甲苯择形歧化高压蒸汽kgh4205044630中压蒸汽kgh3962455430低压蒸汽kgh-4653-4296冷却水m3h598538电kW24882224燃料MW64794033能耗合计MJ

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