Podstawy oddzielenia gazu i cieczy: Przewodnik inżynierski

Separacja płynu i gazu jest podstawową operacją wykorzystywaną w przemyśle naftowym i gazowym, petrochemicznym, energetycznym i chemicznym.Głównym celem jest oddzielenie strumienia płynu mieszanego fazy na oddzielne frakcje gazowe i ciekłe, które są czyste i wolne od zanieczyszczenia krzyżowego- czy to usunięcie kondensatu z linii przesyłowych gazu ziemnego, ochrona sprężarek w dół od ślimaków płynnych, czy odzyskanie cennych produktów reakcyjnych,Zrozumienie fizyki podstawy jest niezbędne do projektowania efektywnego sprzętu separacyjnego.

Podstawowa metoda separacji płynu i gazu opiera się na wykorzystaniu różnic w właściwościach fizycznych, zwłaszcza gęstości, lepkości i natężenia ruchu, między fazą gazową ciągłą a fazą ciekłą rozproszoną..

Każdy separator mechaniczny, niezależnie od tego, czy jest to prosty, poziomy bęben do wybierania, czy zaawansowany, wieloetapowy separator filtrujący, stosuje jedną lub więcej z następujących podstawowych zasad:

1. Momentum (oddzielenie bezwładnościowe):Kiedy strumień płynu ulega nagłej zmianie kierunku lub prędkości, cząsteczki gazu łatwo podążają nową ścieżką przepływu ze względu na ich niską masę.Cięższe krople płynne i cząstki stałe mają większy impuls, powodując ich oddzielenie od strumienia gazu i uderzenie w osłony zbiórkowe lub ściany naczyń.

2. Ustalenie grawitacji:W rozszerzonej sekcji naczynia prędkość gazu znacznie spada.kropelki płynu osadzają się w dół, jeśli siła grawitacyjna w dół przekracza siłę oporu w górę wywieraną przez płynący gazPrędkość osiedlenia końcowego jest modelowana matematycznie przy użyciu zmodyfikowanych form prawa Stokesa lub prawa Newtona, w zależności od wielkości kropli i liczby Reynoldsa.

3. Koalesowanie:Mikroskopiczne kropelki i submikronowe aerozole (często poniżej 10 mikronów) nie mają wystarczającej masy, aby osadzać się jedynie za pomocą grawitacji lub momentu napędowego.Zestawy z płytek falistych, lub wyspecjalizowanych elementów wkładu włóknistego, zmuszają małe krople do zderzenia się, łączenia się w większe krople i uzyskania wystarczającej masy, aby wylecieć z strumienia gazu.

Inżynierowie muszą uwzględnić kilka zmiennych operacyjnych przy rozmiarze i określeniu systemu separacji płynu z gazem:

• Przepływy gazu i płynów:Przepływy objętościowe określają powierzchnię przekroju poprzecznego zbiornika wymaganą do utrzymania dopuszczalnych prędkości gazu i zapobiegania ponownemu wciąganiu już oddzielonych płynów.

• Czas przechowywania:Okres, w jakim płyn musi pozostać w zbiorniku dolnym naczynia (lub w bagażniku) w celu umożliwienia rozpuszczonym lub wciągniętym bąbelkom gazu ucieczki z powrotem do fazy gazowej przed odprowadzeniem płynu.

• Właściwości płynu:Wytrzymałość, napięcie powierzchniowe i względna gęstość silnie wpływają na prędkość końcową kropli i wydajność kolescencji.Wysoka lepkość lub niskie napięcia powierzchniowe wymagają specjalistycznych geometrii wewnętrznych.

P: Jaka jest główna różnica między dwupasowym a trójfazowym separatorem płynu gazowego?

Odpowiedź: Dwufazowy separator izoluje skomponowaną fazę płynną z strumienia gazu. Trójfazowy separator obejmuje wewnętrzne płytki zapory, buty wodne,i wewnętrzne urządzenia grawitacyjne do oddzielenia płynu na trzy oddzielne strumienie: gaz, ropa naftowa i woda.

P: Dlaczego submikronowe płynne aerozole stanowią duże wyzwanie w separacji płynu i gazu?

Odpowiedź: Krople poniżej mikronu mają niezwykle niską masę i impuls, co pozwala im płynnie poruszać się wzdłuż linii gazowych bez reakcji na ustawienie się grawitacji lub standardowe zmiany momentu.Aby je uchwycić, potrzebne są wysokiej wydajności filtry, które zmuszają krople do połączenia się w większe rozmiary przed ich usunięciem..

P: Co to jest powracanie płynu i jak temu zapobiegać?

Odpowiedź: Powtórne wciąganie występuje, gdy duże prędkości gazu przesuwają wcześniej oddzielony płyn z powierzchni wewnętrznych basenów zbierania lub podkładek eliminujących mgłę z powrotem do czystego strumienia gazu.Zapobiega się temu, utrzymując odpowiednie rozmiary naczyń, utrzymywanie prędkości gazu poniżej krytycznych wartości K i wykorzystywanie skutecznych kanałów drenażowych.

P: Czy wszystkie separatory gaz-płyn wymagają aktywnych źródeł zasilania?

A: Nie. 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.

Aby uzyskać kompleksowy przegląd tych pojęć, można obejrzećPetroSkills Podstawy oddzielenia płynu i gazu wideo.