147-煤制油项目合成主循环压缩机入口丝网分液罐采用羽叶分离内件组技术升级设计方案

       本篇主要针对煤制油项目合成单元主循环压缩机原有丝网式入口分液罐实际运行中存在的问题，以及采用羽叶分离内件组进行技术升级改造设计方案进行深入探讨，揭示压缩机入口丝网分离器和羽叶分离器的设计要点及各自结构决定的功能区别。

      国内煤制油项目，往往由一些自有工艺包煤制油工程公司承担工程设计工作。这类煤制油工艺包及其设计人员，无疑对工艺包各环节的技术采用情况总体清楚把握。但是，可能由于项目EPC原因，或者业主投资额定控制因素，抑或项目进度紧张而没有来得及更新原来工艺包中采用的一些传统低效技术设备，比如以本篇为例的某煤制油项目油品合成装置主循环压缩机入口分液罐设备问题，值得煤制油项目业主、设计方和同行们反思和技改。

      为了使本篇的技术分析探讨具有实打实技术针对性，本篇即以国内某著名煤制油项目业主向诺卫能源技术公司寻求技术升级支持方案的油品合成装置主循环压缩机入口原有丝网分液罐D-6113存在的问题及采用羽叶分离技术升级改造设计为例，举一反三，抛砖引玉。

       这套油品合成装置主循环压缩机入口原有丝网分液罐D-6113，是某工程公司采用其煤制油工艺包中原有设计方案设计的丝网分离罐。业主反馈说，该油品中心合成装置主循环压缩机原有丝网分液罐D-6113在运行过程中，由于循环气气速高，存在气液夹带情况，导致主循环压缩机日常运行过程中机组带液运行，传动部件频繁损坏，致使机组运行周期短，严重影响装置安全稳定运行。

      该油品合成装置主循环压缩机入口原有丝网分液罐D-6113的实际运行工况如下：
1、介质：循环气，气体介质组分见附《主循环压缩机入口分液罐气体数据分析表》
2、流量：35*10^4Nm^3/h
3、工况温度：35℃
4、工况压力：2.88MPa（表压）
5、现分离出的凝液组分：D-6113罐底部凝液以水分为主，密度0.9962g/cm3；气体带入压缩机缸体的组分以油为主，密度0.7353g/cm3，粘度（20℃）1.167mm^2/s, 粘度（40℃）0.9430mm^2/s。

       该油品合成装置主循环压缩机入口原有丝网分液罐D-6113结构简图如下：

       大家已经看到，这套分液罐采用丝网除沫器。但是，其丝网除沫器内件原本就是十分简易的传统分离技术内件，即便采用美国原装进口的标准YORK 431丝网除沫内件，其分离运行机制也是通过纤维丝相互架桥形成的、**小小尺寸不同且成高斯分布的“孔格”对液滴液沫进行拦截捕集，小尺寸液滴液沫可能被小尺寸的“孔格”拦截的同时，一些更大尺寸的液滴液沫会穿过尺寸更大的“孔格”发生逃逸。并且，丝网除沫器在完全按照国标或行标设计制造情形下，其操作弹性通常在60~110%，有的业主反馈其丝网分离罐甚至在更低负荷下发生“液泛”“液涌”而分离效率大幅下降。
       而这套油品合成装置主循环压缩机入口原有丝网分液罐D-6113设计的丝网除沫器，还存在如下问题：
1、丝网除沫器设计过流面积过小，布设在直径1600mm的圆面上，仅占分离罐横截面积不到1/3。
2、不仅丝网除沫器过流面很小，导致气速过大，且丝网除沫器的厚度也只有~150mm。
3、丝网除沫器上表面距离分液罐顶部气流出口的距离仅有862mm，且分液罐顶部气流出口管直径为600mm。由于丝网除沫器上表面距离分液罐顶部气流出口的距离过小，气流达到出口管前的流态流型收缩效应，会导致原来丝网除沫器一部分过流面处于非正常工作状态甚至不工作，进而导致原本设计过流面积就小的丝网除沫器实际正常工作的丝网除沫器过流面积就更小，必然导致其实际运行效果不佳。

       请大家再来分析这套分液罐的气流进口管设计问题：
1、这套分液罐的气流进口管，采用切向旋流型式。但是，其对应的分液罐直径达到2800mm，这样大直径的分液罐对应的切向旋流入口管发挥效能所要求的气流流速需要很大，否则，产生的离心加速度过小，作用难以发挥。
2、旋流管顶部与丝网除沫器底部距离过小，仅为分离罐直径0.4375倍，切向旋流发展不充分，旋分作用不明显。
3、旋流管形成的气流流型流态与丝网除沫器正常运行所要求的流型流态冲突。旋流管形成的气流，属于空间流畅分布十分不均一的旋转壁流，且因旋流管顶部与丝网除沫器底部距离过小而发展不充分；而丝网除沫器正常运行所要求的理想流型流态，是均匀的柱塞流。旋流管形成的气流流型流态与丝网除沫器正常运行所要求的流型流态冲突，进一步恶化丝网除沫器的实际运行效果。

      请大家再来一起分析切向旋流入口管对排液顺畅性影响：
1、由于旋流入口管底部与高高液位的距离不到分液罐直径2/5，非充分发展的旋转壁流，必然在分液罐中心线液面上形成相对强负压场，导致排液困难。液面上方负压场导致排液不畅，这在其它旋风分离罐上是较常见的事。
2、为了减小非充分发展的旋转壁流在分液罐中心线液面上形成强负压场导致排液困难，设计者在该分液罐切向旋流入口管与液面之间设置了直径2800mm的防旋筛板。这种多孔性筛板，不仅增加设备投资，且其是否能起到防旋和帮助顺畅排液作用，实际上还取决于气流流速形成的负压场和储液区液位高度二者对冲影响。

       我相信，通过上述对该丝网分液罐设计上的问题简单分析探讨，大家应该已经认识到：气液分离技术及设备，哪怕是最简单的丝网分液罐，也是动力学分离技术范畴，其设计不能靠“大概+估计”、甚至“拍脑袋”非专业模式出方案就可以糊弄。必须注意上述分析谈到中提及的诸多动力学分离设计细节。否则，业主一定会把分液罐实际运行效果反馈反映出来，花投资费精力再做后续技术升级改造。

      业主请诺卫能源技术公司为其针对性完成的技术升级改造设计方案满足如下要求：
1、分离后，气体8微米及以上液滴100%去除,分离后气体总夹带液滴量不超过13.4升/100X104 Nm3；
2、主循环压缩机入口分液罐所有内件改为高效气液分离内件；
3、在确保原主循环压缩机入口分液罐基本尺寸不变的前提下，重新设计高效气液分离器；
4、高效气液分离内件材质要求全部为304（内件预焊件材质也为304），或不低于304材质的不锈钢材料。

学习了

      诺卫能源技术公司针对业主实际运行工况和技术要求，通过NOVEL精准动力学分离计算和组态设计系统平台完成的羽叶分离器专利技术设备信息如下：
一、分液罐技术类型： 羽叶分离器；
二、分离器型号：NOVEL G50 D-BANK 110/511；
三、分离内件组态：G50S型入口分离总成+G50D型预聚结分配内件组+G50型羽叶精密分离内件组+G50DL型抗“虹吸短路”新型降液系统；
四、内件材质：SS316L；
五、分离效率：99.99%分离脱除5.44微米及以上尺寸液滴液沫，出口气流残留液量低于0.1G/MMSCF；
六、运行压降：0.003MPa。

      这里附上诺卫能源技术公司针对业主上述实际运行工况和技术要求并通过NOVEL精准动力学分离计算和组态设计系统平台完成的羽叶分离器专利技术设备《数图汇表》如下图：

    本分液罐采用羽叶分离技术特点及优势：
1、专门针对小尺寸设备技术升级改造扩能。
2、操作弹性空间大，尤其适于高气速、液相低密度、低粘度、低表面张力、多变工况下操作。
3、分离高精度和深度，尤其针对压缩机入口更高要求的气液分离场合。
4、降液系统采用新型技术”抗虹吸短路“设计，完美解决目前绝大多数压缩机入口分离器常规降液管+液封槽结构在多变工况下“前憋后抽”形成高压降引发“虹吸短路”使出气瞬间大量带液对后续管路和核心压缩设备带来的灾难。

       关于G50S型羽叶分离总成，补充一些信息。依据现有分离器壳体进口管尺寸及基准设计工况参数、进口管工况流体动能动量规定，按照壳牌DEP分离器设计规范需要设置入口分离总成。该入口分离总成的主要作用有二：其一，对入口气流可能携带的段塞流、大尺寸液团和液滴进行预脱除，为后续分离精密度逐级提升的内件组创造更大处理能力。其二，将混合流投送到最利于下游气液分离内件组高效运行的动力学空间并进行流态流型初级分配，为下游气液分离内件组高效运行初步创造动力学条件。

       关于G50D型预分配聚结内件组，补充说明：基于受壳体约束空间内的动态流体相对于任何型式分离内件组而言具有动力学空间非对称性，也即分离内件组无论以何种组态形式布置在分离器壳体内，分离内件工作面在分离器径向和轴向均存在明显空间尺寸差距（非对称均一性）而导致气流进入分离内件工作面的流速、动量、动能和流型流态均存在明显差别。尤其对于尺寸较大、气流体积流量大而气液分离要求高的分离器而言更甚。按照国际上动力学气液分离器设计惯例，在技术上要求采用“预分配+精分离”两类内件组合设计使用，即把预分配内件组紧密连接在精密分离内件组表面，即在精密分离内件组前端设置预分配聚结内件组。该预分配聚结内件组的主要作用是：一、壳体内侧上部气流先进入预分配内件进一步对气流流速、动量、动能精细分配和流态流行调整均一化，确保气流进入下游精密分离内件组前满足其高效稳定运行的动力学条件，再进入后续精密分离内件组以确保高效稳定气液分离目的。二、协同下游精密分离内件组对气流携带的微小液沫进行预聚结尺寸增大，使下游精密分离内件组更多脱除气流残液量，实现单独靠下游精密内件组难以达到的分离深度。三、在特殊工况下，可拦截高速气流携带的高动能、高表面硬度的锐状颗粒物（比如，催化剂破碎颗粒物、铁屑等）防犯其对精密分离内件组造成频繁冲蚀而缩短寿命甚至受损，对下游精密分离内件组具有低成本保护作用。本方案中的G50D型预分配聚结内件组，采用集装模块化可装卸设计制造，便于用户依据实际情况灵活便捷随时卸装。

       关于采用G50型专有技术设计和特殊组态配置的四面板型式羽叶分离内件组，补充说明。相对于常规组态结构的四面板叶片分离内件组，其对气流中携带的液滴液沫、尤其是高速气流携带的液滴液沫具有更高的捕集能力，确保羽叶精密分离内件组能对气液分离效率高、液滴残留量更低、抗堵塞性能更佳、运行更稳定、上限操作弹性空间更大。本方案中的G50D型羽叶精密分离内件组，采用撬装设计制造和整体植入安装，其显著技术优势在于：一、确保植入分离器壳体内的羽叶分离内件模块与NOVEL工厂出厂测试时完全一样的组态结构尺寸和性能状态，避免零散内件在现场散件组装后因现场不具备整体检测条件，无法确认内件组态结构缺陷及性能损失而埋下性能隐患。二、更能实现便捷装卸，其作业时间通常只有传统叶片分离内件组在壳体内散装耗时约1/4，**减轻现场施工强度和难度，更大幅提升安装进度，深得业主和现场施工人员认可。该四面板式羽叶精密分离内件组，是塔器顶部气液分离除沫必选设置。

      关于本方案采用G50DL型专用抗“虹吸短路”新型降液气封系统抗“虹吸短路”新型降液总成，补充如下信息。气液分离器均需要设置降液系统，以把分离下来的液体通过独立通道进行输送，避免气液二次反混携带。传统的气液分离器，采用简易的降液管插入液封筒结构；由于分离器设备尺寸定型后，降液管和液封筒的长度已经固定下来，但是，实际运行工况下由于气流实际过流体积波动性增大导致分离内件实际运行压降超过运行上限、甚至分离内件发生局部堵塞而压降飙升，分离内件组后端压力明显低于分离内件入口端压力，此时液体在压差作用下反向压入降液管并连续进入到分离内件组后端形成“虹吸短路”现象，进而导致分离器出口气流带液严重而远远超过工艺允许上限。尤其对于压缩机入口分离器降液管系产生“虹吸短路”，使气流瞬间严重带液，对压缩机带来灾难。本方案中设计的真正高效气液分离器，则采用G50DL型抗“虹吸短路”技术的新型降液总成，即便气流实际过流体积大幅增加、实际运行压降远远超过运行上限数十千帕、甚至连分离内件出现局部堵塞性压降飙升，也不会出现“虹吸短路”现象，从而完美技术升级解决简易降液管+液封筒结构问题。该抗“虹吸短路”新型降液总成是压缩机入口分离器必选设置。

      关于羽叶分离技术及其设备更多技术信息，请登录诺卫能源技术公司分离技术专网进行了解或直接向诺卫能源技术公司联系咨询合作。