石油工業(yè)常用氣液分離技術(shù)簡介
行業(yè)動態(tài)
石油工業(yè)的氣液物理分離過程多是利用氣液組分密度的差異進(jìn)行的，氣體與液體的密度不同，相同體積下的液體具有比氣體大得多的質(zhì)量，因而具備較大的慣性。給整個體系提供有效的空間及速度分布，可以實現(xiàn)氣液的順利分離。依托氣液分離原理，科學(xué)研究及工業(yè)實踐中進(jìn)行了多種分離技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用，常用的分離技術(shù)包括：重力沉降、折流分離、填料分離、離心分離等。
1 重力沉降
重力沉降分離是利用氣液兩相的密度差異導(dǎo)致單位體積氣液兩相所受重力不同而實現(xiàn)兩相的分離，即液滴所受重力大于其所受氣體的浮力時，液滴將從氣相中沉降出來，而被分離。應(yīng)用重力沉降分離技術(shù)，關(guān)鍵在于給氣液兩相提供足夠的空間，在突然擴(kuò)大的壓力容器中，流速降低后，在主流體轉(zhuǎn)向的過程中，氣相中細(xì)微的液滴下沉而與氣體分離。常見的重力沉降式氣液分離器主要有立式與臥式兩種。重力沉降式氣液分離器的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，而且分離時流體所受的阻力小，操作彈性大，使用范圍廣，但是由于重力的分離需要較長的停留時間，為了達(dá)到一定的分離效率，因此需要的分離器體積較大，投資費用也較高。在對操作空間要求十分苛刻的海洋平臺，其適用性及經(jīng)濟(jì)性遭到了挑戰(zhàn)。
2 折流分離
由于氣體與液體的密度不同，液體與氣體混合一起流動時，如果遇到折流板阻擋，氣體會折流而走，而液體由于慣性，繼續(xù)有一個向前的速度，向前的液體附著在阻擋壁面上由于重力的作用向下匯集到一起，通過排放管排出。此類分離折流板結(jié)構(gòu)簡單、處理量大，分離效率比單純的重力沉降要高。但也有其缺點，比如氣液兩相流經(jīng)折流板時，會對流動造成一定的阻礙，且在氣體出口處有較大吸力容易造成液滴二次夾帶，氣體在折流的同時也推動著已經(jīng)著壁的液體向著氣體流動的方向流動，如果液體流到收集壁的邊緣時還沒有脫離氣體的這種推動力，那么已經(jīng)著壁的液體將被氣體重新帶走。液體沒有固定的形狀，容易碎化，在著壁的同時，會產(chǎn)生更細(xì)的液滴重新返回氣相中，隨著流速的增大，液體收集壁的碰撞力越大，其碎化的傾向越大?，F(xiàn)在折流板分離構(gòu)件的分離理論和數(shù)學(xué)模型已經(jīng)基本成熟，對其研究集中在結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及操作參數(shù)方面來提高脫液效率。
3 填料分離
填料分離的基本原理同折流分離相同，也是利用液體與氣體混合一起流動時遇到阻擋，氣體折流而走，而液體由于慣性，繼續(xù)有一個向前的速度，向前的液體附著在阻擋填料表面上由于重力的作用向下匯集到一起，通過排放管排出。由于填料相對普通折流分離來說具有大得多的阻擋收集壁面積，而且多次反復(fù)折流，液體很容易著壁，所以其分離效率比普通的折流分離高，而且結(jié)構(gòu)簡單，只需制作一個填料架，體積比普通的折流分離器要小。但是它的分離負(fù)荷范圍更窄，超過氣液混合物規(guī)定流速或者液氣比后，分離效率會急劇下降。填料分離器的阻力比普通的折流分離器大，而且還具有工作不穩(wěn)定，容易帶液，填料易碎、易堵等缺點。填料的種類較多，經(jīng)過多年的發(fā)展，出現(xiàn)了多種形式的規(guī)整填料及不規(guī)整填料，其分離性能各不相同，所以對于不同的分離填料的選擇很重要。
4 離心分離
離心分離是根據(jù)液體和氣體的比重差別，利用氣流方向和速度改變時的離心力作用，使液體和氣體簡單的相互分離，過程中不存在化學(xué)反應(yīng)。利用該分離原理，研究了各種結(jié)構(gòu)來促進(jìn)氣液分離。典型的氣液分離結(jié)構(gòu)就是旋流器，進(jìn)料流體中的顆粒隨流體從切向進(jìn)料口進(jìn)入旋流器后，在一定的向下傾角作用和受器壁的約束而迅速旋轉(zhuǎn)向下變?yōu)楦咚俚耐饴菪\動。由于往下器壁為圓錐面，比流體密度較大的顆粒借助這一運動產(chǎn)生的慣性離心力向外運動拋向器壁，被迫與器壁碰撞降速而分離，再沿錐面落至底流管排出，同時經(jīng)分離后的流體變更運動方向，產(chǎn)生向心的徑向運動，沿中心線轉(zhuǎn)而由下向上作內(nèi)螺旋運動，通過上流管流出。通過離心旋轉(zhuǎn)運動，可以在比較小的流速下產(chǎn)生幾百倍乃至上千倍于重力的離心力，能夠促使氣液兩相快速分離，因此其結(jié)構(gòu)比較緊湊。離心作用作為一種使氣液產(chǎn)生分離的有效手段，在石油、化工以及其他相關(guān)行業(yè)進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用。但它也具有其自身的缺點，強(qiáng)大的離心力有助于氣液完成分離，但過分強(qiáng)大的離心力會造成流場的極度紊亂，會使著壁的液滴產(chǎn)生剪切破碎，重新混入氣相中，使分離效率降低。對氣液兩相旋流場的深刻認(rèn)識以及其壓力匹配關(guān)系等方面，是離心分離器研究的重點部分。
5 結(jié)論
在石油化工行業(yè)中需要進(jìn)行氣液混相流體分離的場合眾多，分離技術(shù)與形式多樣，在應(yīng)用中應(yīng)進(jìn)行能耗與效率的綜合考慮，選擇合適的氣液分離技術(shù)與分離結(jié)構(gòu)。
