[实用新型]一种新型高效动力学叶片式气液分离器

说明书

技术领域

本实用新型属于气液分离技术领域，具体涉及一种新型高效动力学叶片式气液分离器。

背景技术

在石油炼制、能源化工、天然气处理与输送、海上平台和陆上终端油气开采、余热废热回收、制药、造纸和环保等行业领域中，对气流中挟带液沫及微小液滴进行高效分离净化和回收处理的工艺技术是必不可少的关键技术。 

目前，国内外不少企业在上述行业领域仍采用网格拦截阻挡式气液分离器，比如丝网式气液分离器、滤料填料式气液分离器、滤网式气液分离器，尤其在绝大多数国内企业项目上采用。其主要不足在于：1）易堵塞，需经常更换分离内件，运行维护成本高；随着运行时间增长，网格流道会被气流中粉尘和黏性物质堵塞而失去分离功能，生产线被迫停产置换系统、更换分离核心内件，企业停产损失、运行维护费用高昂、污染物排放增加；2）操作弹性窄，运行压降高。由于网格式分离内件采用阻挡拦截方式实现分离，运行压降达到20kPa,甚至更高，当气流带液质量分率超过额定设计值10%-15%将导致液体在网格上聚集铺展且阻断气相流道，造成分离器内丝网内件整体“腾涌”，分离失效且造成安全隐患。比如，真空蒸馏塔系统，要求压降越低越好、真空度越高越好；冬季环境温度低冷凝效果好，气流中冷凝下来的液体量往往较夏季高出15%甚至更多，丝网式气液分离器经常导致真空蒸馏塔运行十分不稳定，产品合格率低；3）新旧气液“返混”和二次挟带严重，分离效率低，设备体积大造价高。由于传统网格式气液分离器自身结构因素，无法设置独立的集液降液输液系统，分离下来的液滴如下暴雨一般落回上升的气流中被重新挟带进入分离内件，如此反反复复挟带“气液返混”，大大降低气液分离效率，传统分离器设备只好做成直径大投资高的壳体。

某些国内大化工项目多采用国外工艺包，如德国林德公司低温甲醇洗工艺包、美国霍尼韦尔UOP公司丙烷脱氢制丙烯工艺包、德国鲁奇公司CO变换制氢工艺包等，这些工艺包涉及到的大型压缩机入口段、级间和排放段气液分离罐推荐采用动力学叶片式气液分离器，以发挥出远超传统网格拦截阻挡式气液分离器的技术经济性能。但目前国内外现有的动力学叶片式气液分离器，内部结构缺失，导致分离器在抗段塞流、抗冲击负荷、抗流体“短路”效应、分离效率稳定性等性能缺陷。 

由于动力学叶片式分离技术不通过网格拦截阻挡方式有效实现气液分离，而是采用流体动力学矢量分离、聚结碰撞、液体表面自由能捕集分离等实现气液分离，不少国外公司和国内少数公司虽探索性的采用动力学叶片式气液分离器，如专利ZL201020600380.X、ZL201020600365.5、ZL201220618938.6中的技术，但对动力学叶片分离器整体设计技术、工业装置运行验证数据积累、计算动力学精准设计模型建立和对动力学叶片分离器内部各组成结构单元系统的功能认识等真正技术核心存在明显技术短板，且关于动力学叶片式气液分离器结构设计方面的研究远远少于分离器内部叶片本体结构设计方面的研究。

在动力学叶片式分离技术研究和应用中，分离效率和分离器综合运行性能受到除动力学叶片本体之外的诸多因素影响。任何一种动力学分离叶片，包括现有技术中国际著名的叶片分离器技术公司博格斯-曼宁公司申请的美国专利3.405.511、北美著名的叶片技术公司阿尔贝塔公司获得的美国专利8.444.732B2，其发挥最佳分离性能均建立在原料气带液量低的前提条件之下。并且，通过动力学分离叶片本体后的流体导向和排放结构不合理，会让流体或则“短路”，或则“返混”“二次挟带”，或则分离后的气相带液严重，甚至产生“虹吸”，将原本已分离下来的液相再次虹吸分散出去。关于动力学叶片式气液分离器运行中产生的这些问题，通常由动力学叶片式气液分离器本身结构残缺或欠合理以及设计计算模型不准确所引起。某些动力学叶片式气液分离器，在使用过程中，气相出口中带液量大幅超过设计指标，未达标的分离器出口气相所携带的液体在下游低温工艺设备管线中“结冰”堵管，甚至引发“爆管”事故。

所以，本实用新型的目的在于从动力学叶片式气液分离器内部结构上实现：1）提升动力学叶片式气液分离器抗段塞流和液相冲击工况性能，进而提升操作弹性空间，防止因上游工况波动、上游设备排液不畅甚至失效、冬季上游换热器冷量充足使气相带冷凝液量增加而导致动力学分离叶片运行偏离正常工作区间，降低因上游工况波动导致动力学叶片式气液分离器分离效率大幅下降风险以及其它次生风险事故。 2）提升动力学叶片式气液分离器抗气流“短路”、抗“返混”和“二次挟带”性能，进而提高分离效率稳定性和流体处理能力。3）提高动力学叶片式气液分离器抗“虹吸”性能。 

发明内容