193-多因子旋流子母分离器用于乙烷回收乙烷脱氢制乙烯项目旋风分离器技术方案

       本技术贴主要针对油气田天然气乙烷回收工程乙烷脱氢制乙烯项目分离计量单元旋风分离器采用多音字旋流子母分离器技术方案实际案例进行分析讨论，为同行们对天然气相关项目所涉气液分离技术设备选型设计提供更多参考。

      在石油天然气项目所涉及到的气液分离技术设备选型上，国内的设计院往往都选择旋流分离技术设备，似乎对这类旋流分离设备较偏爱，也可能是设计院已经把旋流分离设备图预设为技术模块，一涉及到石油天然气气液分离就直接套用旋流分离设备图预设技术模块。大家不妨去调阅翻看更多石油天然气甚至炼化项目并进行统计，可以得出国内设计院往往都选择旋流分离技术设备这一偏好。但是偏好归偏好，技术归技术，本技术贴借此实际案例进行分析讨论。

       我曾经针对油气项目气液分离技术和设备选型，有专贴进行分析讨论，尤其针对旋流分离和羽叶分离两种主要技术设备类型进行比较分析。这里只能摘出精华为本帖作简要说明。
       旋流分离技术及设备，主要利用流体高速稳定旋转流动形成的强大离心场中存在相差的分相流各自动能和动量差实现流体相分离。其分离运行关键在于：一、高速稳定旋转流动；二、分相流各自动能和动量差。
      基于旋流分离技术及设备分离运行关键点，而旋流分离技术设备本身又属于静设备使流体在静设备内受迫高速旋转且设备本身不转动，遵照能量方程，则必须要求有足够的静压能转换为高速动能，才能达成分离运行之关键。这就意味着旋流分离技术设备分离运行，必然形成很高的压力降；反之，没有产生足够高的压力降，就不可能产生高的分离运行效率。旋流分离技术设备产生高分离运行效率，必然依靠很高的压力降，进而要求实际工况能够满足和提供高压力工况，并且是稳定的高压力工况。否则，当实际运行中的流体高压力工况不够稳定而发生波动，则旋流分离设备内流体离心场发生显著变化，其实际分离运行效率就发生明显偏离甚至失效。
       因此，旋流分离技术设备选用的先决条件是：1、工况稳定；2、工况高压且须接受高压降。否则，不宜选择旋流分离技术及设备。

     羽叶分离技术及设备，主要利用带液混合流体液沫表面张力和粘度特性，在羽叶分离内件组特殊动力学微流道中进行多级高效动量和动能变换，使液滴液沫在相互碰撞、聚结长大、矢量分离、表面自由能捕集等多种分离技术相互协同作用下实现轻重相分离。其分离运行关键在于：一、带液混合流；二、羽叶分离内件组特殊动力学微流道。
      基于羽叶分离技术及设备分离运行关键点，混合流液相组分是要点，羽叶分离内件组是要件。由于羽叶分离设备内混合流体在羽叶分离内件组特殊动力学微流道中进行多级高效动量和动能变换使液滴液沫在相互碰撞、聚结长大、矢量分离、表面自由能捕集等多种分离技术相互协同作用下实现轻重相分离，因此，其特点是：工况适应性更宽，操作弹性更高，运行压降更低，尤其在常压甚至真空波动工况下运行也能获得优异的分离运行效率。
       因此，羽叶分离技术设备选用的先决条件是：带液混合流。否则，不宜选择羽叶分离技术及设备。

      在本技术贴分析讨论的油气田天然气乙烷回收工程乙烷脱氢制乙烯项目分离计量单元气液分离技术设备选用上，客户设计单位仍然未能脱离其偏好而决定选择旋流分离设备让我方按照其要求进行方案设计。下面，大家一起来分析讨论其适应性。

      客户提供的某西北油田天然气乙烷回收工程分离计量单元气液分离器单台工况条件是：
1、入口物流流量：750*10000Nm^3/d;
2、介质名称：天然气及其携带凝液粉尘物；
3、工况温度：20-40℃；
4、工况压力：6.0-6.4MPaG。其中，天然气介质摩尔组成（%）是：二氧化碳0.90，氮气1.43，甲烷89.24，乙烷6.29，丙烷1.39，异丁烷0.25，正丁烷0.27，异戊烷0.08，正戊烷0.06，己烷0.05，庚烷0.04。

      客户提出的技术要求是：
1、液滴分离效率和精度，99%脱除5微米及以上尺寸液滴液沫；
2、固体杂质分离效率和精度，99%脱除5微米及以上尺寸固体杂质；
3、工作压降，不超过5kPa；
4、操作弹性，70%-120%，并满足最差工况。

     大家从客户的分离效率和精度技术要求对照其工况条件参数看，客户没有提供工况下对应的气、液、固各项特性参数，比如气相粘度、气相密度、液沫粘度、液沫密度、液沫表面张力、固相表观密度等参数。在客户没有提供工况下对应的气、液、固各项特性参数，比如气相粘度、气相密度、液沫粘度、液沫密度、液沫表面张力、固相表观密度等参数情形下，要设计满足其分离效率和精度的气液分离器，则必须由专业动力学分离技术公司通过其数据库调用参数补充完善后才能开展动力学分离技术方案设计。否则，技术方案会驴头不对马嘴。

      客户在该设备技术选型中选择旋流分离器，且规定了各部件材质。请见下表：

     下图是客户提供的该旋流分离器管口立面图：

      这里还有客户提供的该分离计量单元天然气旋流分离器管口方位俯视图：

      从前述客户提供给我方的所有数据资料中，我们没有找到入口混合流中携带液相的流量数据。根据我方多年来从事石油天然气分离器设计和现场运行指导经验看，天然气凝液量波动大，且油气田井口采出组成也有很大波动，进入分离设备的混合流很有出现液相段塞流可能，并在与客户充分沟通中得到确认。因此，我方为客户设计提供的天然气乙烷回收工程乙烷脱氢制乙烯项目分离计量单元旋风分离器，是能处理入口混合流带液体段塞流的多因子旋流子母分离器。

       我方依据客户提供的基础工况参数，通过NOVEL精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台针对性完成的多因子旋流子母分离器主要信息如下：
一、旋流分离器类型：多因子旋流子母分离器；
二、分离器型号：NOVEL G54-42-1160.3;
三、分离器尺寸：ID42”*T/T136";
四、入口分离总成型号：G50B-42/16;
五、多因子旋流子母内件组：NOVEL G54-732。

我方为客户设计提供的多因子旋流子母分离器专利技术设备主要性能数据如下：
1、额定气相流量，750*10000Nm^3/h；
2、设计压力，8MPaG；
3、设计温度，70℃；
4、额定运行压降，10.51psi；
5、额定分离效率：99.9%脱除5微米以上重相质；
6、操作弹性空间70%~120%；
7、分离器整体工程技术设计和把关：NOVEL总部。

         我方通过精准动力学分离技术技术和组态设计系统平台完成的《多因子旋流子母分离器设计指标数图汇表》、《精准动力学过程分离水力学计算书》、《运行效率曲线图》和《运行压降曲线图》等核心技术文件，在合同后由Novel提供给买方。附件是摘录的上述《多因子旋流子母分离器设计指标数图汇表》，供大家讨论参考。

      为了脱除入口混合流携带的天然气凝液等块状流、段塞流甚至连续液流，我方在上述多因子旋流子母分离器中采用我方G50B-1型羽叶分离入口总成。
      在壳牌DEP分离器设计规范中，优先推荐使用该类入口分离总成。

      下图是G50B-1型羽叶分离入口总成的照片，供大家讨论参考：

      从天然气中脱除微小尺寸的重相携带质，则必须依据混合流工况参数以及气相粘度、气相密度、液沫粘度、液沫密度、液沫表面张力、固相表观密度等参数，依靠多因子旋流子母分离内件组来完成。
      下图是G54型多因子旋流子母分离内件组图片，供大家讨论参考。需要注意的是，设置有G50B-1型羽叶分离入口组成处理段塞流的G54型多因子旋流子母分离内件组，需要特殊设计，其与常见的多管旋风分离器是大不一样的！请大家仔细看看《多因子旋流子母分离器设计指标数图汇表》便知其本质差异。

      下图是多因子旋流子母分离器在某油气项目现场布置照片，供大家讨论参考：

       关于我方多因子旋流子母分离器用于油气田天然气乙烷回收工程乙烷脱氢制乙烯项目分离计量单元技术方案更多信息，请登录诺卫能源技术公司分离技术专网或直接向诺卫北京公司寻求技术支持帮助。