135- 关于针对石化行业各类动力学分离器参照壳牌石油DEP推荐选用讨论

      有朋友针对其公司多次技术升级改造的分离器遇到的技术选型情况和实际应用效果问题，来电咨询如何参照壳牌DEP规范进行针对性选型？毕竟，石油炼化行业业主，甚至于设计院工程师往往都不是多年从事专业动力学分离技术领域，对动力学分离技术、设备运行原理和诸多实际应用效果以及壳牌DEP规范细则难有深入研究，难于有效参照壳牌DEP规范推荐的分离技术设备针对性选择到实际应用效果满意的分离设备。本帖基于动力学分离机制、分离设备实际应用效果以及壳牌DEP交叉推荐设备列表进行逐类讨论分享。

      在石油炼化、油气开采、天然气净化与输送、煤气化、大宗化工、制药、环保等行业分离技术设备设计和选择上，不少工程公司、设计院、业主人员可能会参照壳牌石油公司DEP规范推荐分离技术设备进行技术选型设计。但是，参照壳牌DEP规范推荐的分离技术设备进行选型设计者，必须对其推荐使用的分离技术设备应用前提条件和场合有充分深入把握和了解，对动力学分离技术有深入本质把握；否则，可能会被DEP推荐表搞糊涂而选择出不只一类而实际应用效果出入很大的设备。在实际运行中，也不得不多次进行技术升级改造而不得要领。

一、针对分离技术设备的操作弹性：
      在DEP规范中和分离器实际应用中，有至少两个术语事关分离技术设备的操作弹性。其一，是分离技术设备的上限处理能力值，其二是分离技术设备最大处理量与最小处理量的比值，英文为turn-down ratio。
      对于动力学分离技术设备而言，当设备运行在满足特定高效分离技术要求状态下才会出现“实际有效的上限处理能力值”。而分离设备的“实际有效的上限处理能力值”在装置十分重要而让业主尤为关注。当设备运行不满足特定高效分离器技术要求状态，其最终会跌落到纯重力沉降分离状态导致分离效率对应纯重力沉降的低效率。      在壳牌DEP分离设备推荐表中，就分离技术设备的上限处理能力值而言，其把伞式分离器放在首推之列，值得商榷。伞式分离器，或称“旋流板”分离器，在国内外实际应用中，均将其作为预分离器使用，对其分离效率和精度要求不高。比如，在SD工艺包中，对伞式分离器分离效率和精度所提要求为99.9%*70+微米。从专业动力学分离应用角度看，只有在满足相同高分离效率和精度前提下来比较选择更大上限处理能力的分离设备才有意义。如果分离器分离效率和进度较低，即便其上限处理能力值更大，实际上没有更多应用意义。伞式分离器（旋流板分离器），属于旋流分离器范畴，在热电厂烟气脱硫、炼化企业烟气脱硫中已有运行装置，其实际分离运行效率是难以让业主满足的。

      再来看，分离技术设备最大处理量与最小处理量的比值，英文为turn-down ratio。最小处理量作为分母，一定要选择针对特定高效分离设备的真是最小处理量，而不能把流体流量和流速很小接近于纯重力沉降的工况值视作最小值；否则，分母很小，即便作为分子的最大处理量并不出彩，但数学运算得出的最大最小处理量比值却很大，对大多数非专业动力学分离技术研究者来说，有明显误导性。比如，有的同行把丝网除沫器的最小处理量看作很小，而正如大家实际应用中所共知的丝网分离内件允许过流流体的实际流速在0.1m/s且上限弹性制在110%，这在动力学分离内件中属于低速分离类。当到达丝网的气流流速很小接近于零，不仅气流难以穿过丝网，流体自身动能动量很低，本质上已经处于纯重力沉降范畴，此时不能作为分离器实际最小处理量。不仅对于大多数非专业动力学分离技术研究者来说容易犯此失误，DEP的推荐中也犯此失误：尽管其明确在实际应用中丝网分离允许过流流体的最大流速在110%，但其却误把纯重力沉降范畴的分离器处理量作为实际最小处理量，导致其推荐出的“丝网除沫器最大最小比值”高于vane类和Cyclone,这是明显误导。请同行注意该失误。      
      举个实例就可以十分明了：对于丝网除沫器，参照行标惯例其最大操作上限值110%，如果把10%视为其最小操作下限值，则计算得出的数学意义的最大/最小处理能力比值为110/10=11。对于vane类分离器的技术升级换代技术产品feather vane羽叶类分离器，其保守公布的最大操作弹性上限值为130%，其保守公布的最小操作下限值为15%，则其实际得出的最大/最小处理能力比值为130/15=8.7。在工业实际应用中，分离器在低于设计处理能力50%以下的最小下限值，对业主来说远远不如高于设计处理能力重要。当分离器运行在低于设计能力50%以下区间的机会很少，多属于开停车的短暂时段。而当分离器运行在高于设计能力以上区间的机会却较多，且是业主最愿意看到的，尤其在打算提升和挖掘最大生产能效时。由此可见，feather vane 羽叶分离器的最大处理量与最小处理量的比值turn-down ratio 实际值尽管只有8.7，却比壳牌DEP推荐的丝网除沫器最大处理量与最小处理量的比值turn-down ratio 计算值高达11来得重要而更有实际意义，更让业主去选择。

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二、关于“液泛”“液涌”：
      分离设备出现 “液泛”“液涌”等现象，一定是气流工况超越了分离设备许可运行的上限处理能力值。此时，气流中携带的液相在分离内件内积聚形成以液相为主的气液流体相态，不仅分离内件丧失部分和全部分离能力，而且以液相为主的气液流体相态在内件上发生“腾涌”对分离内件甚至于分离器壳体造成破坏。比如，大家所常见的丝网除沫内件、填料内件在工况负荷超过其设计值110%后所发生的“液泛”“液涌”破坏。
      在壳牌石油DEP分离设备推荐表中，其提醒产生“液泛”“液涌”“段塞流”的分离设备类型如下：
1、带有丝网除沫内件的分离设备；
2、带有滤芯内件的分离设备；
3、带有反射流旋流内件的分离设备；
4、带有原始的雪弗龙折流光板内件的分离设备。

需要说明的是，“3、带有反射流旋流内件的分离设备；4、带有原始的雪弗龙折流光板内件的分离设备”，可以通过前置预分离器使“液泛”“液涌”等问题得到解决。而“1、带有丝网除沫内件的分离设备；2、带有滤芯内件的分离设备”，即便增设前置预分离器也难以使“液泛”“液涌”等问题得到解决。

三、关于分离效率和分离精度：
      在壳牌公司DEP规范推荐分离设备中，其对分离效率和分离精度的排序是：带有精密滤芯的超级过滤分离器、带有轴流式旋流分离内件组的分离器排在第一序列；带有丝网内件的分离器排在第二序列；带有vane结构内件的分离器排在第三序列；带有反射流式旋流分离内件的分离器排在第四序列；只带有入口分离总成的分离器排在第五序列。
      可以从前述内容看到，DEP所推荐的分离效率和精度靠前的分离技术设备，往往是上限处理能力小、易于产生“液涌”“液泛”的类型。当实际工况发生较大波动导致工况突破其较小的设计上限处理能力时，“液泛”“液涌”发生导致其分离能力部分或全部丧失，其靠前推荐的分离效率和分离精度的排序设备是理论价值而没有其实际应用意义的。
      因此，在实际使用中，往往是几种分离技术内件的组合使用。

四、关于抗堵塞性能：
      在壳牌DEP推荐的分离类型抗堵塞性能排序为：只带有入口分离总成的分离器，伞式分离器（旋流板分离器，反射流旋流分离器，轴流式旋流分离器，带有vane结构内件的分离器，带有丝网内件的分离器，带有精密滤芯的超级过滤分离器。
      大家可以看到，但凡靠纤维相互架桥形成物理孔格形成拦截阻挡式分离的设备，其抗堵塞性能最差。同时，抗堵塞性能大体上也与“液泛”“液涌”和分离精度、分离深度排序相反。而实际引用中，分离精度、分离深度、抗“液泛”“液涌”、抗堵塞性能等往往又是分离器最为核心的技术性能要求，折衷的结果往往是反射流旋流分离器、轴流式旋流分离器、带有vane结构内件的分离器最受关注和青睐。

五、关于实际运行压损：
   
      在壳牌DEP推荐的关于运行压降排序是：带有紧密滤芯的分离器，反射流式旋流分离器，轴流式旋流分离器，丝网式分离器，vane分离器，只设置有入口分离总成的分离器。
      实际上，分离器的运行压损，与分离机制密切相关，但凡以纤维相互架桥形成物理孔格进行阻挡拦截式分离的设备，其运行压降高。通过流体高速旋转与设备形成摩擦压损的设备，其运行压损大。也许是壳牌DEP对丝网有偏爱导致其对丝网的推荐评价不时出现失误和偏颇，需要提醒大家在选用时注意。作为多年从事动力学分离技术研发和推广的专业方，建议对vane尤其是多次技术升级形成的feather vane羽叶分离器关注度，应高于传统的丝网类型，抗堵塞性能低、容易产生“液泛”“液涌”也是其实际运行压降飙升的主要原因。通常而言，feather vane羽叶分离器的高效分离操作范围是15%-130%，其对应的最大/最小处理能力比值实际上是接近9，确实宜列为重点关注的对象。

      经过前述总结分析和剖析，相信大家在把握要点基础上，结合实际应用效果来完成对分离技术设备的相对准确选择。这里需要提醒：气液分离、气固分离、气液固分离、气液液固分离等但凡有可压缩气流为主项的分离场合技术，一定属于动力学分离技术，必须依靠精准动力学分离技术计算和组态设计平台获得精准技术方案和设备才能使设备满意运行。
      下面，结合一些实际运行实例进行剖析，有助于大家进一步领会把握：

实例一：油气田天然气脱水脱烃分离器剖析

      正如大家在油气田天然气脱水脱烃分离设备实际使用可知，壳牌公司推出SM系列和3S系列等分离器，其在国内外油气田井口分离、场站处理上都有应用。
      咱们先以SM系列天然气脱水脱烃分离器为例进行讨论。下图是SM系列分离器发展图：

      从图上可以看到，第一代SM分离器，就是入口分离总成Schopentoeter（英文名称第一字母简写S）与丝网除沫器Mistmat（英文名称第一字母简写M）的组合分离器SM分离器。
      SM分离器用于天然气气液分离净化场合，显然其应当属于精准动力学分离器范畴，因此，其内件结构和其组态设计应该通过精准动力学分离计算和组态系统平台完成。可偏偏在于，壳牌也做工程设计建设运营业务，模块化成为其对外宣传工程进展效率和速度的一块招牌，其把SM分离器也模块化了。而动力学分离技术设备强调分离和组态结构精准性，而模块化则以模块堆砌形成的大致结构替代原本要求的分离精准组态结构。比如，针对特定工况温度、工况压力、气相组成、气相流量、液相组成、液相密度、液相粘度和液相表面张力等工况参数，其所对应需要的精准结构的丝网内件绝不是丝网模块简单堆砌在分离器整过横截面就可以过关的。而如图a壳牌推出的SM分离器，其M分离元件就是把丝网模块简单堆砌在分离器整过横截面。结果，分离效率不高。壳牌才又推出SM分离器改进型SMS（即Schopentoeter+Mistmat+Swirl）。

学*了解，多谢楼主分享

      在SMS分离器实际使用中发现，在工况波动时其处理后的天然气带液量及露点间或不能满足指标要求。于是，壳牌又采取升级：1、把原来的Mistmat由丝网式更换为vane式；2、把Swirl原件尺寸进行优化。
      首先，壳牌把原来的Mistmat由丝网式更换为vane式进行技术升级以提升分离效率和精度，证明了我方在前述内容中所提醒大家多关注vane及其技术升级后的feather vane羽叶分离器性能优势，也表明DEP失误推荐丝网对大家有误导的佐证。再次提醒大家今后更多关注feather vane羽叶分离内件组优异性能。
      再者，Swirl本身属于旋流分离技术。旋流分离元件的操作弹性，与其直径尺寸（流体旋转直径）成负向相关性关系。例如，对于直径2”旋流分离元件，其最大最小处理能力比理论值为5.623，而直径600mm的旋流分离元件对应的最大最小处理能力比理论值为2.928。SMS分离器的S\M\S为串联布置而构成核心控制步骤，其宣传Swirl所谓最大最小操作弹性比接近10远远超出理论值。提醒大家千万别盲目按照壳牌DEP推荐盲从，需要明辨正误，否则适得其反！

      壳牌在推出SMS（Schoepentoeter+Vane Demister+Swirl三级）分离器后，在实际应用中还时有发现天然气湿含量超标，于是乎又升级推出SMSM（Schoepentoeter+Vane Demister+Swirl+Mistmat四级）分离器。
      从动力学分离技术角度分析，SMSM分离器，其Schoepentoeter一级入口分离总成、Vane Demister二级聚结分离元件、Swirl三级轴流式旋流分离元件和Mistmat四级丝网除沫器属于串行设置，其操作弹性取决于具有最小弹性值的控制环节元件Swirl元件。从精准动力学分离计算和组态设计平台得出的Swirl元件的最大/最小处理能力比值远远达不到壳牌DEP提到的10，因此，无论壳牌如何从SM两级分离器升级到SMS三级分离器，接着再升级到SMSM四级分离器，其操作弹性受到Swirl元件控制。当turn-down ratio超过6，更别说10，就会使SM系列分离器（包括SMSM四级分离器）输出天然气湿含量超标。这才是问题的症结所在！