基于斜板式气液分离器的设计分析
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【摘 要】斜板式气液分离器是一种全新的，高效的分离装置，相比普通的重力分离器而言，既增加了液滴的凝结面积，也提高了分离效率。本文对斜板式气液分离器设计进行分析研究，通过与普通的重力分离器进行对比计算，经研究表明：在一定结构外径的前提下，斜板式气液分离器的设计可以降低带出液体的粒径，也可以提高气液分离器的分离效率。
【关键词】斜板式气液分离器；设计思路；分离效率
气液分离器在矿井生产中发挥着不可替代的作用，由于矿井开采出来天然气含有大量的液体和固体杂质，容易腐蚀管道或堵塞阀门，严重影响了天然气的正常运输。面对近几年气液两相分离器在应用过程中存在沉降时间长、体积大及分离效果不明显等问题，设计一种新型的气液分离器，即斜板式气液分离器，以达到良好的分离效果。
1.斜板式气液分离器的工作原理及结构特点分析
斜板式气液分离器属于一种新型、高效的分离装置，分析斜板式气液分离器的结构特点，如图1所示[2]。该装置可以实现分散相液滴的分离，相对于普通的重力分离器而言，其具有以下几个优点：第一，斜板的加入，使分离器形成了不同的流体通道，这样既增加了液滴的聚结面积，也提高了分离器的分离效率；第二，分离器中液滴的方向和速度均与层膜运动不同，液滴和层膜运动的相互作用，加快了液滴的聚结；第三，斜板上的层膜可以处于连续运动的状态，通过层膜表面的不断更新，有利于液滴的聚结。其中，斜板式气液分离器内部的工艺流程为：进气、冲击水洗、分离固体颗粒与气液、斜板层内重力沉降、末端铺雾、出气等[1]。分析斜板式气液分离器的分离机理，首先必须在分层室将分离器气体出口的一端垫到一定高度，确保分离单元内的平板是倾斜的，然后将要分离的气液混合的两相流体从分离器前端进入分离器，在初步的冲击水洗中，将分离出的气液导向进入分布器，再次进行流固分离，将气液混合流在进入实际的分离装置。在气液分离过程中，因液滴的密度较大，在重力作用下，气体对液滴产生的阻力将随着速度的增大而变得越来越大，最终维持平衡，液滴将以一定的沉降速度分离。通过液滴铺雾网捕获沉降到斜板上的液滴，通过与斜板面的相互作用，最终形成细流薄膜，随之分离出的液滴将进入薄膜内并撞击层膜，将融为一体的液滴沿斜面流入分离器的前端室内，通过对液口阀开关的控制，最终将液体排出分离器。
2.斜板式气液分离器设计思路构建
分析传统的气液分离器的设计，其主要是以球形液滴力学模型为依据，通过计算机液滴的沉降速度，最终推导出一系列气液分离器的工艺设计的计算公式，包括气液分离器的临界粒径、处理速度及分离效率等。在实际的计算过程中，由于液滴流体的流态对沉降速度有重要影响，这就要求事先需假设沉降处于某一区域范围内，以某一沉降速度计算公式为依据，得出沉降速度值，然后利用雷诺数校核所假设的流态是否正确[2]。然而，针对液滴沉降速度的计算，计算公式为：
其中，wi代表第i次计算时液滴的沉降速度，单位m/s，dm代表液滴中径，单位um，u’代表气体粘度，单位Pa.s。在计算过程中，若阻力系数取值Cd=0.34，则液滴沉降速度的计算公式为：
分析普通分离器的设计理论，其工艺流程为：进气、铺雾器、分布器、斜板式分离单元、出液口、出气口等。对于普通分离器的设计，要想达到良好的分离效果，就必须要求液滴在未达到分离阶段出处时，液滴沿斜面流入的时间大于沉降需要的时间，才能达到良好的分离效果[3]。针对液滴在斜板间的运行，通过建立二维坐标，其主要沿x轴方向以速度υ-ωsinα运动，得知液滴的运动速度，则可以得出液滴沿斜面运动的时间为：
在普通的分离器设计中，只要L值大于h值，则可以得到较好的分离效果，为了节约材料及成本，通过减少分离器的尺寸，这就要求公式（5）（6）的公式变为：
针对斜板式气液分离器的设计，为了达到良好的分离效果，可以在传统的分离器基础上进行设计，传统的分离器的设计参数有操作压力P=13MPa，温度为293L，气体密度为0.6，气体处理量为50×104m3，考虑到液体中颗粒直径变化较大，因此，在计算液滴沉降速度时，可以按照普通分离器液滴直径为300um，通过上述计算公式，可得出处理量一定的条件下液滴的沉降速度w=0.25m/s[4]。
3.总结
针对斜板式气液分离器的设计，与普通的分离器相比，具有明显的优越性，通过在传统分离器设计的基础上科学合理地进行设计，提高分离效果，使斜板式气液分离器在市场中具有良好的发展前景。
【参考文献】
[1]姜华，阮长悦.斜板式气液分离器的内流场CFD模拟[J].石油和化工设备，2011，08：5-8.
[2]姜华，梁政，张磊.斜板式气液分离器流场的数值模拟[J].油气储运，2011，11：830-833+5.
[3]王惠明，梁政.斜板式气液分离器的设计[J].化工机械，2009，01：13-16+37.
[4]梁政，王惠明，梁春平.斜板式气液重力分离技术研究[J].西南石油大学学报（自然科学版），2009，04：154-158+211.