179-羽叶分离器用于加氢羰化装置循环气传统分离器技术升级改造项目核心技术节点讨论

       本技术贴主要针对加氢、羰化等装置大量循环气体在重新升压循环进入反应装置前，采用羽叶分离器对常用传统丝网分离器进行技术升级改造所涉及到的主要分离技术节点及对应核心技术内件进行逐项分析讨论，让大家了解如何有效解决传统丝网分离器经常存在的诸如低操作弹性、易堵塞、易液泛、高压降、产气带液等常见棘手问题。

      在加氢、羰化等装置上，反应往往属于气液固、气固反应，氢气、CO等原料气过量加入，未反应的大量气体随着产物物流流出反应装置后，通过降温使反应产物尽可能从混合气流中液化后，再通过气液分离器分离出液体。随后，气体经压缩机（压缩缸）升压重新返回反应装置参与循环反应。可见，气液分离器是这些装置中的核心设备之一。但是，在以往较长一段时段，无论是设计院还是业主都把气液分离器忽视为一台简单的静设备罐子，大不了往里面填一些丝网、填料之类的东西凭经验、“大概加估计”甚至拍拍脑袋以为液体就会从气流中落下去分离开来。在这些类似反应装置上，丝网分离器被理所当然作为气液分离器选项。比方业主提供的其装置DCS截图的分离器如下图：

      从该流程图及圈出来的分离器位置可以看出，该分离器作用十分重要：其一、其性能高低，直接决定装置单程产收率。分离器效率低、运行不佳，液态产物单程捕集分离下来的量就少。其二、对后续循环压缩机（循环压缩缸）核心运转设备的正常、低运行维护成本起着至关重要作用。否则，气流带液进入压缩机，轻则造成压缩机“喘振”，重则兼而造成“液击”，甚至造成机毁人伤的严重安全运行事故。其三、循环气携带不少反应产物循环进入反应器，对反应装置催化剂选择性、活性带来危害，周而复始，恶性循环。此外，气流中的液态反应物未能通过分离器有效捕集分离下来，其在反应循环流程中周而复始被冷却和复热，或造成冷量、热能、电耗、水耗的无谓消耗，导致装置运行费用逐渐攀升。

      业主他们的装置循环气分离器也是传统的丝网分离器，其效率低对产收率、运行能耗等方面造成的影响，都一股脑儿推给反应装置催化剂，把板子打给催化剂屁股上。但分离效率低造成循环气带液进入循环压缩机导致压缩机“喘振”“敲缸”，是无论如何让循环气分离器难脱干系。但对于如何对该丝网分离器着手进行技术升级改造，他们只好向设计院求助，设计院也拿不出更好的方案，让他们在循环分离器与压缩机之间，又加上一套过滤器来提高分离效果，但加装后的分离效果改进不大，压缩机仍旧继续“喘振”“敲缸”。这是一张业主手绘的在循环分离器与压缩机之间加上一套过滤器的流程示意图供大家讨论。

      经过我们大家前些技术帖中讨论所知，丝网分离器是通过丝网内件对气流中携带的液固重相携带质进行阻挡拦截方式进行分离。而丝网内件，无论是散堆丝网、还是编织丝网，都是通过丝网纤维之间相互“架桥”形成大小尺寸不一的“孔格”完成拦截。这些架桥形成的无规则“孔格”，其尺寸大小不一，孔径在几微米至一百几十微米之间，因此，丝网分离是一种非定量精密分离，不能针对特定尺寸实现定量分离。这些丝网“孔格”把气流中携带的固体颗粒物，比如破碎的催化剂粉尘颗粒物、反应产生的聚合物，拦截在丝网表面和深层，并不断积聚堵塞气流通道，导致运行压降不断升高、输气不畅。特别需要补充的是，对于分离气流中携带的微小液滴液沫，由于液滴液沫在穿过“孔格”时其当量直径会发生显著变化而形成纺锤形穿过丝网后又重新恢复原来的大尺寸，因此，诸如丝网、滤网、滤芯、滤料等“孔格”阻挡拦截式分离内件，对不能用于气液分离精准定量高效分离。

      业主希望诺卫公司为其提供解决上述分离问题的针对性方案，羽叶分离器恰是针对“孔格”阻挡拦截分离方式进行技术升级的精准动力学分离技术设备。下图便是羽叶分离器外形CFD简图，供大家参考和讨论。

      通常而言，羽叶分离器外表与常规传统分离器长相相似，但直径相对减小1/3左右。其主要不同在于内在结构及对应产生的性能。羽叶分离器的内构件，主要包括：一、入口分离总成；二、一级预分配聚结内件组；三、精密羽叶分离内件组；四、抗虹吸短路新型降液内件组。此外，有的羽叶分离器还设置有在线旋喷洗涤清理内件组。各内件组均采用模块化设计和制造，出厂前整体测试撬装供货，现场模块化整体植入以确保客户设备内安装的羽叶分离器内件组组态结构与出场整体测试性能完全一样，避免现场散件组合安装后而现场又不具备整体测试条件而埋下结构、性能和安全隐患。模块化设计制造的优势，还在于安装和拆卸便捷，一套直径7米的分离器安装时间可在24小时内完成，仅为散件现场组装耗时几分之一甚至十几分之一，而且确保客户设备内安装的羽叶分离器内件组组态结构与出场整体测试性能完全一样。

      一、关于入口分离总成： 入口分离总成的作用，主要有二：其一、尽可能将气流中携带的段塞流、大尺寸重相携带质从气流中预分离脱除，为后续分离内件分担工作负荷；其二、对自入口管进入分离器的气流动能、动量进行均一化分配，为气流进入后续分离内件发挥高效分离运行创造动力学条件。
       早期，在传统分离器的入口设置有挡板，其主要作用是防止流体对入口对面的分离器壳体内壁造成冲蚀，而对气液分离贡献不大，反倒因结构不够合理而加剧气液返混带液。
       后来，又用半开口管取代最早的挡板，其对气液分离贡献较挡板有所提高。但要求分离器壳体内部相应空间满足安装要求。
       近年来，又开发出羽叶分离入口总成。其不仅可以有效防止流体对入口对面的分离器壳体内壁造成冲蚀，而且其对气流中携带的段塞流、大尺寸重相携带质预分离脱除效能，以及对气流动能、动量均一化分配能力，较半开管提升至少50%。但是，羽叶分离入口总成需要通过精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台才能完成可靠技术方案，比如如何精准获得羽叶分离元件对数、仰角、收缩角、外展、内伸等结构数据。

       下图是壳牌石油工程公司DEP规范中采用的一种名称为“SCHOEPENTOETER”翅片式入口分离总成，在诺卫公司对应型号NOVEL G50B-1。SCHOEPENTOETER入口总成，也须通过精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台才能完成可靠技术方案，不能靠“大概+估计”甚至拍脑袋臆造。

      下图是诺卫能源技术公司羽叶分离入口分离总成，对应型号NOVEL G50B-2。羽叶分离入口分离总成，在NOVEL G50B-1入口总成基础上，增加鳍状放射稳定型羽叶分离元件，对气液分离效率和气流流态流型稳定性得到进一步提升，能够对高达75%带液量的气流进行分离预处理，即可对气液分离和液体脱气两大极端工况进行有效处理。

      如果入口混合物流中存在明显的起泡和泥沙物质，则可选择诺卫能源技术公司型号为NOVEL G50B-3型入口分离总成。其图片如下：

      二、关于一级预分配聚结内件组： 一级预分配聚结内件组，通常位于入口分离总成与精密羽叶分离内件组之间，采用模块化整体设计和制造，并采用可拆装式便捷连接方式。 一级预分配聚结内件组的作用，主要有三：其一、为进入后续精密羽叶分离内件组的气流实施进一步动能、动量分配，使流体尽可能具备与后续精密羽叶分离内件组动力学分离运行要求一致的进入条件，确保精密羽叶分离内件运行在高效稳定分离工作区间。其二、对气流中携带的极微小尺寸携带质进行预聚结，并与后续精密羽叶分离内件组结合以深度脱除常规分离内件难以有效脱除的气流中极微小重相携带质而进一步提升产气品质。其三、对气流携带的颗粒物和粘性凝胶质进行预处理，比如表面硬度高的催化剂破碎颗粒物（对精密羽叶分离内件组产生明显冲蚀），是后续精密羽叶分离内件组的前置保安设施。
      国内外绝大多数分离器制造商，可能强于制造而非精于动力学分离技术开发设计，其所提供的分离器往往缺少一级预分配聚结内件组，必然缺少其组件结构所发挥的特殊功能。而诺卫能源技术公司是国内外屈指可数的二者俱备的专业动力学分离技术公司，强于针对国内外绝大多数公司不能攻克的业主现场分离技术设备出现的棘手难题，专门肯硬骨头，以体现其卓越技术实力与技术优势，从而被中科院、中石油、中石化、帝斯曼、申远、博源等公司最终选作技术合作伙伴，为其成功解决多年屡攻不克的现场装置分离技术设备棘手难题。

      这里附上诺卫能源技术公司羽叶分离器内部一级预分配聚结内件组装配图如下，供大家参考讨论：

      下图是诺卫能源技术公司一级预分配聚结内件组实物图片，供大家参考讨论。需要指出的是，一级预分配聚结器所采用的Johnson防堵塞结构，需要与聚结内件充分匹配，方可真正发挥出前述功能。

      三、关于精密羽叶分离内件组：精密羽叶分离内件组，通常位于一级预分配聚结内件组后侧，采用模块化整体设计和制造，并采用可拆装式便捷连接方式。精密羽叶分离内件组在出厂前，必须依据“一对一”工况设计图纸整体组态进行检测，尽量保证整体撬块化运输和现场原样整体植入安装，以确保业主安装植入的羽叶分离器与在诺卫公司出厂检测完全一样的组态结构和性能，避免绝大多数其它分离器提供商在业主项目现场散件组对安装后而苦于现场不具备对分离内件组整体测试条件所埋下结构和性能隐患。由于精密羽叶分离内件组采用模块化整体设计和制造，其耗材、设计和制造工作量均较其它散件非模块化制造安装公司要明显多出一部分，但其提供可靠的性能保证相对于多付出的耗材和技术制造工作量而言是必须和物有所值。
      还需要提醒的是，国内外绝大多数分离器制造商设计制造提供的核心分离内件盒体，尤其是盒体上下两端面与内件组之间存在明显的开放性空间，会使气液混合流从入口处经此开放性空间直接短路抵达出口，造成流体因“短路”绕过分离元件而该部分流体压根没有进行任何处理就逃逸出来，导致出口气流指标不稳定不合格。而诺卫能源技术公司作为国内外屈指可数的专业动力学分离技术公司，专门针对羽叶分离内件盒体上下左右四周均设置特殊机构，以防范气液混合流从入口处经此开放性空间直接短路抵达出口所导致出口气流指标问题。
       羽叶分离器的作用，就是针对气流中携带的微小尺寸重相携带质进行高效稳定定量分离脱除，通常能以3N-4N级效率定量脱除3-10微米及以上尺寸重相携带质。具体工况下的分离效率和精度，由NOVEL精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台输出的《分离效率曲线图》准确提供查找。

      这里也提供出羽叶分离器精密羽叶分离内件组安装图和实物照片，供大家参考讨论：

      四、关于抗虹吸短路降液内件组：抗虹吸短路降液内件组，通常位于精密羽叶分离内件组模块下侧，每组羽叶分离内件组模块配置一套抗虹吸短路降液系统接口，将所有羽叶分离模块捕集分离下来的重相携带质均收纳入抗虹吸短路降液内件组管汇，再经由控制阀组将重相携带质统一排放，并在运行中尽可能减小入口气流短路反窜和“虹吸短路”危害。
       抗虹吸短路降液内件组的作用：其一、对羽叶分离内件组分离捕集下来的重相携带质进行收纳和受控统一外排，尽可能避免传统分离器分离下来的液滴像下大暴雨一般哗哗落入不断连续上升的气流形成气液混合携带，周而复始增加分离负荷，并恶化分离运行效果。其二、尽可能避免入口气流经降液系统短路后窜到出口。更需要防范分离器在实际运行多变复杂工况下因运行压降飙升，导致分离器底部的液体在高压差产生的“虹吸效应”作用下将分离器底部液体瞬间大量从降液管系倒吸进入出口端气流，使分离失败，并对下游高速运转设备如压缩机组造成致命危害。
      正如大家所知，国内外绝大多数分离器制造商设计制造提供的分离器，有的分离器压根儿就没有设置独立的降液系统，仍由分离下来的液滴像下大暴雨一般哗哗落入不断连续上升的气流形成气液混合携带周而复始增加分离负荷，导致原本分离能力和效率就不佳的分离设备运行情况更加恶化；还有的分离器，设置了一种大家较为熟悉的传统结构“降液管+液封筒”结构的简陋降液设置，如附图：

      这种简陋结构的“降液管+液封筒”，就是通过降液管把分离内件组与液封筒简单连接起来，并把液封筒浸入分离器容器底部积液区。这种结构的降液设置，在运行压力很低的长期稳定工况情形下是可以达到当初设置目的的。但是，一旦在实际运行中遭遇常见的多变工况，比如工况压力明显下降、工况温度显著上升、工况气流流量明显增加、分离内件压降飙升甚至发生堵塞等情形，降液管外联通入口气流的前端压力，远远高于气流出口压力，分离器气流入口与出口之间产生的压差明显大于长度固定的降液管液柱形成的压差时，降液管外部压力瞬间把分离器容器底部大量浸没液封筒的液体压入降液管和分离内件组，导致出口气流瞬间大量带液对后续高速运转设备如压缩机组造成灾难性危害。我曾在羽叶分离器相关技术帖中详细分析“降液管+液封槽”在运行压降飙升情形下产生“虹吸效应”的原因，并提供了形象的压差驱动图片。请大家关键词搜索“羽叶分离器”阅读相关技术贴。      目前有不少业主向诺卫公司反馈，其压缩机在其入口分离罐现场液位计看不到液位情形下，压缩机时而被入口带液气流冲击造成“喘振”、“敲缸”和“缸裂”事故，业主觉得“不可思议”。
      大家通过我们分析讨论后，知道入口分离器在没有液位情形下却使气流大量带液进入压缩机造成“喘振”“敲缸”甚至损坏的主要原因了。

       正如前述，诺卫能源技术公司作为国内外屈指可数的专业动力学分离技术公司，其羽叶分离器专门针对传统分离器存在的降液问题，开发了专用“抗虹吸短路“降液系统内件组。啃技术问题硬骨头，才能推动诺卫公司技术创新和确保动力学分离技术优势地位。这里把羽叶分离器抗虹吸短路降液安装图提供大家进行参考讨论。

      附图是诺卫公司羽叶分离器“抗虹吸短路”降液系统内件组之降液管汇收发货开箱照片，提供给大家参考讨论。