مبانی جداسازی گاز-مایع: راهنمای مهندسی

جدایی گاز از مایع یک عملیات واحد اصلی است که در سراسر صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، تولید برق و تولید مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد.هدف اصلی این است که یک جریان مایع فاز مخلوط را به بخش های مختلف گاز و مایع که تمیز و بدون آلودگی متقابل هستند، جدا کند.. چه از لوله های انتقال گاز طبیعی، محافظت از کمپرسورهای پایین رودخانه در برابر آب سیال، و یا بازیابی محصولات واکنش ارزشمند،درک فیزیک اساسی برای طراحی تجهیزات جدایی موثر ضروری است.

در هسته خود، جدایی گاز-سیال بر بهره برداری از تفاوت های خاصیت فیزیکی ٬ به ویژه تراکم، لزگی و حرکت ٬ بین فاز گازی مداوم و فاز مایع پراکنده تکیه دارد.

هر جدایی دهنده مکانیکی، چه یک طبل ساده افقی یا یک جدایی دهنده فیلتر چند مرحله ای پیشرفته، از یک یا چند اصل اساسی زیر استفاده می کند:

1. حرکت (تفاوت بی وقفه):هنگامی که یک جریان مایع تغییر ناگهانی در جهت یا سرعت را تجربه می کند، مولکول های گاز به دلیل جرم کم خود به راحتی مسیر جریان جدید را دنبال می کنند.قطرات مایع سنگین تر و ذرات جامد دارای حرکت بیشتر هستند، باعث می شود که آنها از جریان گاز جدا شوند و به باز کننده های جمع آوری یا دیواره های ظرف ضربه بزنند.

2. تعادل گرانش:در یک بخش بزرگ شده از ظرف، سرعت گاز به طور قابل توجهی کاهش می یابد.قطرات مایع به سمت پایین قرار می گیرند اگر نیروی گرانشی به سمت پایین از نیروی کششی به سمت بالا که توسط گاز جاری اعمال می شود، بیشتر باشدسرعت تسویه ی پایانی با استفاده از اشکال اصلاح شده ی قانون استوکس یا قانون نیوتن، بسته به اندازه ی قطره و اعداد رینولدز، به صورت ریاضی مدل سازی می شود.

3. جمع شدن:قطرات میکروسکوپی و اسپری های زیر میکروونی (اغلب کمتر از 10 میکرو) دارای جرم کافی برای قرار گرفتن تنها از طریق گرانش یا حرکت نیستند.بسته های نطفه ی موج دار، یا عناصر کارتریج فیبر تخصصی، قطرات کوچک را مجبور به برخورد می کنند، به قطرات بزرگتر ادغام می شوند و وزن کافی برای سقوط از جریان گاز به دست می آورند.

مهندسان باید چندین متغیر عملیاتی را در هنگام اندازه گیری و مشخص کردن یک سیستم جدایی گاز از مایع در نظر بگیرند:

• نرخ جریان گاز و مایعات:نرخ جریان حجمی، ناحیه برش قطعی مخزن را تعیین می کند که برای حفظ سرعت گاز مجاز و جلوگیری از جذب مجدد مایعات جدا شده مورد نیاز است.

• زمان نگهداری:مدت زمانی که مایع باید در حوضه پایین ظرف (یا صندوق) باقی بماند تا اجازه دهد که حباب های گازی حل شده یا جذب شده قبل از تخلیه مایع به مرحله گازی بازگردند.

• خواص مایعات:واسکوزیتی، تنش سطحی و تراکم نسبی به شدت بر سرعت پایانی قطره و کارایی همجوشی تأثیر می گذارد.لزوم بالا و یا تنش سطح پایین نیاز به هندسه های داخلی تخصصی.

سوال: تفاوت اصلی بین جدا کننده گاز مایع دو فاز و سه فاز چیست؟

ج: جداکننده دو فاز یک فاز مایع ترکیبی را از یک جریان گاز جدا می کند. جدا کننده سه فاز شامل صفحات داخلی سد، چکمه های آب،و مناطق داخلی گرانش برای جدا کردن تغذیه مایع به سه جریان متمایزگاز، نفت خام و آب رایگان

س: چرا اسپری های مایع زیر میکروونی یک چالش بزرگ در جدایی گاز از مایع هستند؟

ج: قطرات زیر میکروانی دارای جرم و حرکت بسیار کم هستند، که به آنها اجازه می دهد بدون مشکل در امتداد خطوط گاز حرکت کنند بدون اینکه به ثبات گرانش یا تغییرات استاندارد حرکت پاسخ دهند.برای گرفتن آنها نیاز به عناصر فیلتر با کارایی بالا است که قطرات را مجبور به ادغام در اندازه های بزرگتر قبل از حذف می کند.

سوال: بازپرداخت مایعات چیست و چگونه از آن جلوگیری می شود؟

ج: جذب مجدد زمانی رخ می دهد که سرعت گاز بالا مایع جدا شده را از سطح استخر های داخلی یا پد های حذف کننده مه به جریان گاز پاک برگرداند.از آن با حفظ اندازه مناسب ظرف جلوگیری می شود، حفظ سرعت گاز در زیر مقادیر K بحرانی و استفاده از کانال های تخلیه موثر.

س: آیا تمام جداکننده های گاز مایع نیاز به منابع انرژی فعال دارند؟

جواب: نه Most conventional mechanical separators (such as gravity drums and centrifugal cyclones) have no internal moving parts and rely entirely on the kinetic energy and pressure of the incoming fluid stream to perform separation.

برای یک بررسی جامع از این مفاهیم، شما می توانیدویدیوی بنیادی جداسازی گاز از مایع.