Основы газо-жидкостного разделения: инженерное руководство

Разделение газа и жидкости - это основная единица, используемая в нефтегазовой, нефтехимической, электрогенерационной и химической промышленности.Основная цель заключается в том, чтобы разделить смешанный фазовый поток жидкости на отдельные газовые и жидкие фракции, которые чисты и не имеют перекрестного загрязнения.- Удаление конденсата из линий транспортировки природного газа, защита компрессоров ниже по течению от жидких слизней или извлечение ценных продуктов реакции,Понимание основной физики имеет важное значение для разработки эффективного оборудования для разделения.

В основе газо-жидкостного разделения лежит использование различий в физических свойствах, в частности плотности, вязкости и импульса, между непрерывной газовой фазой и диспергированной жидкой фазой..

Любой механический сепаратор, будь то простой горизонтальный ударный барабан или передовой многоступенчатый фильтрующий сепаратор, использует один или несколько из следующих основных принципов:

1. Импульс (инерциальное разделение):Когда поток жидкости претерпевает внезапное изменение направления или скорости, молекулы газа легко следуют новому пути потока из-за своей малой массы.более тяжелые жидкие капли и твердые частицы обладают большим импульсом, в результате чего они отрываются от газового потока и врезаются в сборные баффлы или стены сосудов.

2. Установка гравитации:В расширенной части сосуда скорость газа значительно снижается.жидкие капли оседают вниз, если сила гравитации вниз превышает силу восходящего сопротивления, оказываемую текущим газомТерминальная скорость оседания математически моделируется с использованием модифицированных форм закона Стокса или закона Ньютона, в зависимости от размера капли и числа Рейнольдса.

3. Свертывание:Микроскопические капли и субмикронные аэрозоли (часто менее 10 микрон) не имеют достаточной массы, чтобы оседать только через гравитацию или импульс.коробки из гофрированных лопастей, или специализированные элементы волокнистых картриджей заставляют небольшие капли столкнуться, слиться в более крупные капли и набрать достаточно веса, чтобы осадить из газового потока.

Инженеры должны учитывать несколько операционных переменных при измерении и спецификации системы разделения газа и жидкости:

• Скорость потока газа и жидкости:Объемные показатели потока определяют площадь поперечного сечения сосуда, необходимую для поддержания допустимых скоростей газа и предотвращения повторного втягивания уже отделенных жидкостей.

• Время хранения:Продолжительность, в течение которой жидкость должна оставаться в нижнем резервуаре (или багажнике) сосуда, чтобы растворенные или втянутые газовые пузыри могли выйти обратно в газовую фазу до того, как жидкость будет вытечена.

• Свойства жидкости:Вязкость, поверхностное напряжение и относительная плотность сильно влияют на скорость конца капли и эффективность слияния.Высокая вязкость или низкое поверхностное напряжение требуют специализированной внутренней геометрии.

Вопрос: В чем основное различие между двухфазным и трехфазным газожидкостным сепаратором?

Ответ: двухфазный сепаратор изолирует комбинированную жидкую фазу от газового потока.и гравитационно-зонирующие внутренние устройства для разделения жидкого питания на три различных потокаГаз, нефть и бесплатная вода.

Вопрос: Почему жидкие аэрозоли до микрона представляют собой серьезную проблему в отделении газа от жидкости?

Ответ: Субмикронные капли обладают чрезвычайно низкой массой и импульсом, что позволяет им плавно перемещаться по газовым потокам, не реагируя на гравитационное оседание или стандартные изменения импульса.Для их захвата требуются высокоэффективные фильтрующие элементы, которые заставляют капли сливаться в большие размеры перед удалением..

Вопрос: Что такое перетягивание жидкости и как его предотвратить?

Ответ: Возвращение происходит, когда высокие скорости газа забирают ранее отделенную жидкость с поверхности внутренних бассейнов сбора или блоков удаления тумана обратно в чистый газ.Это предотвращается путем поддержания правильного размера сосуда, сохраняя скорость газа ниже критических K-значений и используя эффективные каналы дренажа.

Вопрос: Требуются ли для всех газожидкостных сепараторов активные источники питания?

Ответ: Нет. 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.

Для полного обзора этих понятий вы можете посмотретьPetroSkills Основы газо-жидкостного разделения видео.