218-润滑油加氢装置中低压干气MDEA胺液脱硫塔气液分离器选择方案-NOVEL TECH

        炼化企业柴油加氢、蜡油加氢、润滑油加氢装置，无一例外都会涉及到采用MDEA胺液脱硫塔之气液分离器技术方案选择问题，这类问题也是客户经常向我司咨询热点问题。本技术贴以润滑油加氢装置中低压干气采用MDEA胺液脱硫塔涉及到的气液分离器技术方案选择问题为例，与大家进行深入探讨。

针对润滑油加氢装置中低压干气采用MDEA胺液脱硫塔的气液分离器技术方案选择问题，以下是几个常见的选择方案：

1. 重力式液分离器：通过引导气流使得液滴向下下沉，通过重力分离出液体。该方式结构简单，不需要外部能源等条件，适用于排放气体量较小的场合。

2. 离心式液分离器：通过离心力使得液滴和气体分离，同时还可以减少固体颗粒。该方式具有高效、快速、可靠等特点，适用于需要高效能和自动化的场合。

3. 滤芯式液分离器：通过微孔过滤的方式分离出液滴，具有良好的分离效果，可以有效地去除细颗粒。该方式适用于处理细小液滴和颗粒的场合。

综上所述，选择哪种气液分离器方案应根据实际工况和需求进行选择，并考虑到设备维护和操作费用等因素。
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       有好些客户把设计单位为其脱硫塔配套的气液分离器数据表转给我司为其做技术把关，但我们看到设计单位为其脱硫塔配套的气液分离器，好似相互拷贝数据表，都纷纷采用旋流分离器。其实，旋流分离器是借助静压能与动能转换产生高切向速度形成离心场对气液实施分离的设备，其技术应用前提是：1、工况稳定；2、工况压力为高压或超高压；3、客户可以接受高运行压差。如果实际运行工况存在波动情形，则旋流分离器实际运行负面效果会放大。在UOP工艺包中，UOP宁愿选择传统丝网除沫器，也不采用旋流分离器，就是出于实际运行工况存在波动情形考虑到旋流分离器实际运行效果太不稳定因素而作出的选择。除非万不得已必须选择旋流分离器，否则，我们会从动力学气液分离技术专业角度建议选择羽叶分离器。

       这里提供UOP工艺包在类似项目脱硫塔图，可以看到其气液分离器宁愿选择最传统的丝网除沫器，也不愿也不采用旋流分离器，就是出于实际运行工况存在波动情形考虑的。

       下面，我以某客户的润滑油加氢改质装置干气脱硫塔气液分离技术升级改造项目为例，与大家进行分析探讨。
        由客户提供的100万吨润滑油加氢装置循环气胺脱硫塔MR文件数据得知：由尺寸ID800mmXTL/TL22350mm脱硫塔完成胺脱硫后的循环氢气，在工况温度45℃、工况压力8.8Barg状态下以流量1620Nm^3/h进入塔顶部设置的分离装置进行气液分离后，再从DN100mm气相出口管排出脱硫塔送往循环氢压缩机。

       设计院为该脱硫塔设计的气液分离器，也不例外而拷贝采用旋流分离器，请见其MR文件截图如下：

       从MR文件干气脱硫塔气液分离器运行条件可以看到，气流标况流量为1620Nm^3/hr很小, 加之工况压力8.8BarG，实际工况下对应的过流体积就更小。即便采用国际上旋转半径最小的旋流分离器，该实际工况下对应旋流产生的切向分解速度也很低，产生的离心场很弱，分离效率不高。

       从上述设计院编制的干气脱硫塔气液分离器MR文件还可以看到，文件中规定采用“旋流分离器”，且要求操作弹性满足50-120%。根据旋流分离器离心因子与切向速度平方成正比关系，MR文件要求的操作弹性满足50-120%对应的旋流分离器离心因子比值达到5.76，已经超过国际上分离效率和操作弹性综合性能最好的旋流分离器极限操作性能要求。何况，在这里仅仅以MR文件要求的操作弹性满足50-120%进行比较，尚未考虑工况温度OT、工况压力OP以及气相组成等变化因素。可见，在这里选择使用旋流分离器并非最佳选择。

       从设计院编制的干气脱硫塔及对应气液分离器MR文件附图还可以看到，文件中采用“旋流分离器”位置布设：

       不仅如此，设计院编制的干气脱硫塔及对应气液分离器MR文件还规定了“旋流分离器”的运行压降以及分离效率数据截图如下：

       由MR文件所规定的“旋流分离器”分离效率和运行压降性能数据，我确信设计院存在拷贝别人参数而未做准确动力学分离计算和组态设计工作之嫌。
        正如大家所知，旋流分离器的动力来源于流体静压能与动能转换，由此产生的切向速度旋转形成的离心场进行分离。在旋流分离器正常工作情形下，其运行压差越大，转换为动能形成的切向速度越大，离心场越强，分离效率越高。因此，旋流分离器的分离效率与运行压差是一对矛盾。
        我方依据客户提供的上述MR工况数据，通过权威精准动力学多因子旋流分离技术平台完成的技术方案表明：在上述工况下，即便脱硫塔顶部采用国际上公认分离效率和操作弹性最高的G54-2型旋流器，其对工况气流的分离精度也只能达到5.98微米（MR文件要求95%*5微米），但旋流管运行压降已经高达4.57kPa（MR文件要求3kPa），难以满足MR文件要求。这就出现设计院“以子之矛，攻子之盾”，旋流分离器的分离效率与运行压差性能要求出现矛盾。
       国内外非专业动力学分离技术公司，不具备专门的精准动力学分离计算设计和组态设计系统平台，其提供的分离器往往凭经验、靠“大概加估计”甚至拍脑袋出方案得到的产品，其实际运行效果可想而知。国内外不少循环氢胺液脱硫装置采用旋流管分离效果不佳、其分离效果甚至不及丝网除沫器的实例不少。

       我记得曾有一家炼化企业发来设计院针对其柴油加氢装置循环氢胺液脱硫塔气液分离技改项目也拷贝选用旋流分离脱液器。设计人员在MR文件中却明确要求“旋流脱液器须包含后续丝网除沫器”，想来该设计人员也对“大概+估计”弄出来的旋流分离器在实际波动工况下的运行效果心里没底，不得不在后面继续采用UOP工艺包的丝网除沫器吧。

       为此，针对实际运行波动工况情形，我们从动力学气液分离技术专业角度建议业主选择羽叶分离器作为炼化企业加氢装置脱硫塔气液分离技术设备。如下是我方曾为某炼化企业加氢装置脱硫塔气液分离技术升级改造提供的羽叶分离器技术方案截图：

        羽叶分离器，具有如下显著性能优势：

        1、从分离运行机制上看，羽叶分离器高效利用气流本身携带的动能、动量和液滴表面自由能，协同发挥包括流体动量动能转换分离、矢量分离、聚结分离、表面自由能捕集分离等多种分离手段，操作弹性大，运行压降低，不易产生堵塞，分离效率稳定。羽叶分离器由高及低分为羽叶分离系统、羽叶分离模块、羽叶分离元件、羽叶分离单元四层级结构，各层级均是根据客户“一对一”具体工况参数，通过精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台精准设计确定各层级结构数目、组态型式和结构参数；具体而言，羽叶分离系统则以针对性解决烟气流量波动和烟气处理规模为主要目标，羽叶分离模块则以针对性解决分离效率与运行压降这一矛盾为主要目标，羽叶分离元件则以针对性解决烟气物化特性波动时的高操作弹性为主要目标，而羽叶分离单元则是羽叶分离系统具有分离功能的最小结构，主要针对性解决设计工况烟气特性的运行效率和分离深度为主要目标。羽叶分离器的分离层级功能由低至高逐层继承和传递，因此，羽叶分离单元作为羽叶分离器最小结构所具有的基层分离机制，对羽叶分离器性能影响巨大。

       2、从分离内件结构上看，羽叶分离元件内在结构上为气相流、液相流分别设置了结构相互独立、流向相互正交、高效分流的独立输送通道，有效避免二次夹带和返混。

        3、从分离级数上看，羽叶分离器在气流通道上设置6级串行分离单元，任何从上一级分离单元逃逸的液滴液沫，会被后续串行分离单元连续捕集分离，确保尾气分离效率和高操作弹性。比如，在遇到某种波动工况情形下，导致第1级分离单元分离效率下降到85%，也即该单元释出气流中的液滴液沫逃逸率或残存率为15%（即100%-85%）；气流经串联第2级分离单元捕集分离后，该单元气流中液滴液沫总逃逸率或总体残存率则为15%*15%；气流又经串联第3级分离单元捕集分离，该单元气流中液滴液沫总体逃逸率或总体残存率则为15%*15%*15%；气流再经串联第4级分离单元捕集分离，该单元气流中液滴液沫总体逃逸率或总体残存率则变为15%*15%*15%*15%；以此类推。羽叶分离器在气流通道上设置的串联分离单元级数越多，羽叶分离器最终释出的气流中液滴液沫总体逃逸率或总体残存率越低。

       4、此外，为了确保采用羽叶分离器适应超宽范围波动工况，本方案还匹配设置气流预分配聚结内件组、在线清理系统、专有技术“抗虹吸”新型降液系统，以避免脱硫塔顶受限狭窄空间因工况波动过大产生的流型畸变、起泡、压降飙升造成“虹吸效应”瞬间将分离下来的液体倒吸入分离器形成液体在气流中二次分散而破坏有效分离运行。

       从定性和定量双维度上看，羽叶分离器以NOVEL精准动力学分离技术设计系统平台为基础技术支撑完成可靠技术方案设计，其针对气流中液滴液沫的分离脱除效率高，通常能实现以99.9%以上高分离效率、定量精准脱除3-10微米及以上尺寸的液滴液沫。针对具体工况羽叶分离器定量精准分离效率，由NOVEL公司精准动力学分离技术水力学计算书提供。  
       从羽叶分离器运行工作曲线上看，其长寿命周期内运行压降稳定，分离效率稳定，是满足质量管理体系要求的理想之选。而传统分离器运行工作曲线，明显存在大幅波动，在技术选型上与质量管理体系要求背道而驰。

        从加氢装置脱硫塔气液分离技术设备选用便捷性上讲，最理想的方式是项目设计建设之初就选定用羽叶分离器。但是，对于过往已经建设投运存在气液分离问题的装置来说，又不得不面对如下难点：
1）、利旧原有脱硫塔壳体内十分有限空间前提下，如何通过精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台完成“一对一”工况定制羽叶分离器精准设计制造？
2）、利旧原有脱硫塔壳体十分有限空间前提下，如何确保羽叶分离器项下包括预分配聚结器、在线旋喷清理系统、抗虹吸短路降液系统以及支撑系统与原有壳体无冲突安装以避免改造工期大幅增加？
3）、利旧原有脱硫塔壳体十分有限空间前提下，如何确保羽叶分离器项下包括预分配聚结器、精密羽叶分离内件组、抗虹吸短路降液系统三大核心内件组模块化安装，以确保其保持与出厂检测结构和性能数据完全一致而避免散件现场组态安装后现场不具备模块测试条件无法测试所埋下的结构和性能运行隐患？

       需要指出的是，当运行压力处于高压超高压工况且工况稳定前提下，采用多因子旋流子母分离器较羽叶分离器相对更佳。原因在于，客户在高压超高压工况下能接受相同百分比得到的更大压差作为静压能转换为更大动能，加之，高压超高压工况下的气相剧烈压缩产生较高密度的气流从而使气相与液相异相密度差、动量差、动能差变得更小，从而选择多因子旋流子母分离器。
       上述设计院为业主脱硫塔设计的旋流分离器，实际上是传统旋风分离器的缩小版，在实际运行操作上存在两方面的问题：一方面，气流在旋流分离器旋转产生的旋流场呈现“周边正压中心负压”，旋流分离器分离下来的重相携带质在中心负压情形下不能顺利流入降液管而导致重相携带质在旋流筒内积聚而使分离效率不理想（这是通病）；另一方面，设计院为业主脱硫塔设计的旋流分离器属于第一代旋流技术设备，采用“传统降液管+液封槽”结构，一旦工况波动导致旋流分离器运行压差增加，则多个液封槽内的重相携带质会瞬间倒吸进入降液管返回气流中重新分散而造成分离失败（所谓的“不明原因带液”现象）。因此，如果在高压超高压工况下选择旋流分离器，必须采用针对第一代旋流分离器上述两个技术缺陷进行升级改造后的多因子旋流子母分离器技术及配套设备，否则，实际分离运行效果不会理想。