89- 羽叶分离器用于FPSO浮式半潜油气平台项目三相分离器之气液分离内件设计

      近年来，国内FPSO油气平台项目进展迅猛，各船舶研究和制造企业相互协同合作，功不可没。但是，对于开采出来的油气分离处理涉及到的气液、气液液、气液液固分离技术，比如，FPSO油气平台上油气三相分离器工艺内件设计，船舶研究和制造企业需要向体系外的专业动力学分离技术公司进行联合。请大家结合自身情况，以FPSO油气平台上油气三相分离器工艺内件设计为例，进行讨论。

     FPSO油气平台上的船舶设计制造，与 FPSO油气平台上的油气开采处理与输送属于完全不同的行业和领域。不能因为FPSO油气平台上的船舶设计制造占有先期时间优势，就把 FPSO油气平台上的油气开采处理与输送环节放在船舶系统内部进行非专业半封闭作业。这点需要提醒FPSO油气平台上的船舶设计制造企业加以注意。

      这里以某FPSO油气平台项目之油气三相分离器之气液分离内件设计为例，来说明一些问题。这个项目由某船舶企业总体负责制造，但是，油气分离工艺设备也划在某研究所关联单位负责EPC。

为什么大家要结合自己的情况给你讨论

      某家与该研究所达成三相分离器EPC业务的某机械设备公司，找到我方，希望我方能够为其精准设计提供羽叶分离内件。我方也答应利用我方精准都管理学分离技术计算设计系统平台，为国内FPSO油气平台项目合作做出贡献。

       气液分离技术，属于精准动力学分离技术，必须以工况物流物性参数为基础，进行系统性动力学分离精准计算设计，需要获得体系操作温度、操作压力、气相组成、气相流量、气相粘度、液相流量、液相组成、液相密度、液相粘度、液相表面张力等参数。
      并且，气液分离节点是整过三相分离器的一个局部，需要与整过三相分离器系统相衔接，以保证通过精准动力学分离过程水力学系统计算获得的组态设计内件，不仅具有高效气液分离准确性和可靠性，还需要保证内件结构尺寸满足三相分离器内部空间约束条件，能便捷安装就位。

       我方原本希望通过我方的精准动力学分离过程水力学系统计算设计系统平台，为客户提供一套FSPO油气项目平台专用的三相分离器设计方案以应对海上风浪、上下游工况波动对三相分离器运行带来的分离效率明显波动影响。
      但是，该机械设备公司委婉谢绝我方好意，我方认为可能出于项目保密采取的分块作业需要，也可能另有原因。客户只提供我方关于其委托其它公司完成的三相分离器结构尺寸图，让我方按照其提供的三相分离器尺寸图，来设计羽叶分离除沫器。

      下图，即为该机械设备公司提供的三相分离器尺寸图：

      从三相分离器尺寸图，可以看出：
1、三相分离器入口，没有设置任何入口分离总成，流体进入三相分离器后的动能动量均一性不佳，且气液相互挟带比例较高。
2、对于没有设置入口分离总成的三相分离器，其混合流入口管的位置不对。
3、三相分离器液液分离舱内没有任何内件，整流器、聚结器、吹沙器等，一应俱无。
4、堰板为传统简易结构，无法应对船体上下摇晃造成的液面界面波动，难以稳定运行。
5、液相出口没有必要的破涡器设置。
6、气相出口前设置的气液除沫分离器位置和形态有待确认。
      显然，上述三相分离器应该是由一家非专业分离器单位提供的方案，无法达到常规陆上终端油气处理用三相分离器要求，更无法满足FPSO海上浮式半潜油气平台项目特殊三相分离器要求。

      我方把三相分离器存在的问题，及时反馈给客户，尽管对方希望其另外客户来完成三相分离器设计而不是我方。
      但是，该机械设备公司却反复要求我方提供羽叶分离器内件精准设计。估计，客户自己也对其合作方提供的气液除沫分离器心里没谱。既然让我方精准设计而不是“按图索骥”，则客户提供我方气相出口工艺物流和物性数据就属于必须。

      客户提供的该三相分离器气相出口物流物性数据如下：

1、气相介质：天然气中除水，天然气含HS2, CO2.  

2、气相流量：2500Nm^3/h.

3、工况压力：0.3MPaG.

4、工况温度：65℃.

5、气相密度：8.89kg/m^3.

6、气相粘度：0.00878cp。

技术要求：1、操作弹性，30%-100%；2、噪声：小于85dB; 3、脱除10-25微米液滴；4、除沫器采用羽叶式，水平放置。

      从客户提供的气相出口物流物性参数看，显然缺少液滴液沫参数。我方向客户要求补充提供液相参数，客户回答我方说，NOVEL怎么需要这么多参数干什么，别的除沫器公司根本就没有要求提供这些数据。
      我方回复客户，是气液分离动力学精准计算设计系统平台需要这些参数才能获得准确可靠的设计结果，我方对客户的其它数据没有兴趣。别人可以“大概加估计”“拍脑袋”出方案，NOVEL不允许这样做！
     

     等了近10天，客户才补充提供了如下数据：

1、油相密度：635.5kg/m^3;

2、油相粘度：0.1869cp;

3、油相表面张力：12.39dyne/cm;

4、水相密度：976.6kg/m^3;

5、水相粘度：0.430cp;

6、水相表面张力：65.06dyne/cm;

7、气相带液量不超过5%（wt）。

      NOVEL利用客户提供的基础物流物性数据，在专有精准动力学分离技术设计平台进行系统准确计算设计后发现，客户指定的羽叶内件安装位置与气相出口管距离，处于该工况下气流收缩效应区域，会导致部分内件处于非正常工作运行状态甚至不工作状态，不能满足动力学分离技术要求，需要调整羽叶式气液分离内件组安装位置方式。

      通过我方精准动力学分离技术设计平台准确设计提供的羽叶分离内件组，其性能如下：

1、内件型式：羽叶分离内件组；

2、定量分离效率：100%分离脱除7.2微米及以上尺寸液滴液沫；

3、内件运行压降：2.18mbar；

4、操作弹性：15%-135%；

5、材质：SS316L。

      可乐的是，该华东客户在获得我方的精准技术方案后，又转到项目负责人确定的其它某除沫器单位去制作了。
            
      我方提醒客户：

1、上述技术方案和性能数据，针对于NOVEL羽叶分离内件组特定组态设计结果。

2、客户在没有得到NOVEL羽叶分离内件组特定组态设计核心文件就去制作，根本不知道羽叶内件内部一级和二级流道结构单元尺寸、动能动量转换点分布、转换角度、组态间距、动能动量阀值等核心性能参数情况下，去制作一个类似百叶窗暗盒而无核心组态内件的东西，是对用户的极端不负责任。

3、NOVEL会建议直接终端用户和项目总设计单位，在项目执行中向供货商要求提供“精准动力学分离过程水力学计算书”核心文件，去验证供货商是否真正具备动力学分离技术设计能力。

4、NOVEL羽叶分离技术内件和设备，属于专利技术。NOVEL保留对形式上仿制羽叶分离内件的单位采取法律行动维权权利。

     可乐的还有客户的回复：这是EPC项目，用户不需要这么高效的羽叶分离内件。

     我方无语。

      关于动力学分离技术及其内件设计计算，需要提醒大家如下：
      国内外有的厂家也开始模仿采用NOVEL公司的羽叶分离内件。但是，羽叶分离技术，是基于其精准动力学分离系统平台设计技术获得的设计结果和组态形式。必须根据不同温度和压力工况下的气相组成和平均分子量、基于空气为参照系统的气相比较压缩因子、气相粘度、气相密度、气相流量，以及液相密度、液相粘度、液相表面张力和上限液相流量等流体动力学参数，在其精准动力学分离系统平台设计技术获得的设计结果和组态形式。

      须知，精准可靠的动力学分离技术及其内件，必须通过事先模型平台实验验证。事前模型平台试验，最安全最易得的气相介质就是空气。因此，国际上的动力学分离事前模型，都是以空气为介质的系统。用动力学分离系统平台模型去无限逼近真实工况，就必须将真实工况下的气相以接近大气压下的空气为参照体系，来获得相对于大气压下空气的压缩因子。这个压缩因子，与手册上查的以理想气体为参照体系的压缩因子值是大不相同的！！

      非专业的动力学分离技术公司所采用的压缩因子，就是从手册上查到的理想状态下的压缩因子值。以此理想压缩因子来计算获得的工况下体积过流速度，与实际工况下通过动力学分离技术内件的体积过流速度有很大差别。工况下不同过流体积流速得到的分离效率，自然差距很大！企业都抱怨说他们的分离器，分离效果比设计值差得多。把理想气体压缩因子误以为拟大气压下空气相对压缩因子进行设计计算，是造成国内外公司设计制造出来的分离器，在运行中的实际分离效率与计算分离效率相差很大的原因所在。即，直接照搬了手册上的理想状态的压缩因子，而动力学分离设计模型中与流速相关的参数转换中的压缩因子是指拟大气压力下的空气为参照体系的压缩因子！

      除了事前动力学分离设计模型中与流速相关的压缩因子出现大错误导致设计结果出现错误外，再谈内件组态问题。
      专业动力学分离技术公司的事前动力学分离计算设计系统平台，准确地讲，只对应一种动力学分离内件基本组态，即内件流道内部几何参数，如流道长度、流道包含的重复分离单元数量、每个分离单元的流道间距、分离单元长度、动量变换角度、动量变换次数、液相反射收集角度、次级流道液相存储空间尺寸、次级流道抗堵塞尺寸、次级流道抗二次旋流几何尺寸等等，均已经一一对应。相反，国内外非专业分离技术公司，只顾模仿内件组态外形如百叶窗，而对于流道宽度、流道长度、流道内部参数全然不顾，反正不少设计院和业主都与他们自己一样不懂动力学分离技术，只要外观模仿得相像百叶窗，又为了节省材料降成本，低价中标，其布置的内件间距数倍于标准数据而流道长度只有标准的几分之一，这样仿制的所谓动力学气液除沫分离器，不能高效分离运行！请设计院和业主朋友们请甄别。