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某设计院整套化工设备标准,设计院,整套,化工设备,标准
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中 国 石 化 集 团 兰 州 设 计 院 标 准 SLDI 233A14-98 SLDI 233A14-98 0 新 编 制 全部 修改 标记 简 要 说 明 修改 页码 编制 校核 审核 审定 日期 1999 - 05 - 21 发布 1999 - 06 - 01 实施 中国石化集团兰州设计院 气液分离器设计气液分离器设计 目 次 1 说明 (1) 2 立式和卧式重力分离器设计 (1) 2.1 应用范围 (1) 2.2 立式重力分离器的尺寸设计 (1) 2.3 卧式重力分离器的尺寸设计 (3) 2.4 立式分离器（重力式）计算举例 (5) 2.5 附图 (6) 3 立式和卧式丝网分离器设计 (11) 3.1 应用范围 (11) 3.2 立式丝网分离器的尺寸设计 (12) 3.3 卧式丝网分离器的尺寸设计 (15) 3.4 计算举例 (16) 3.5 附图 (17) 4 符号说明 (19) 工程设计标准 中国石化集团兰州设计院 SLDI 233A14-98 实施日期:1999.06.01 第 1 页 共 21 页 1 气液分离器设计 1 说明 1.1 本规定适用于两种类型的气液分离器设计：立式和卧式重力分离器设计和立式和卧式丝网分离 器设计。 2 立式和卧式重力分离器设计 2.1 应用范围 2.1.1 重力分离器适用于分离液滴直径大于200m的气液分离。 2.1.2 为提高分离效率，应尽量避免直接在重力分离器前设置阀件、加料及引起物料的转向。 2.1.3 液体量较多，在高液面和低液面间的停留时间在69min，应采用卧式重力分离器。 2.1.4 液体量较少， 液面高度不是由停留时间来确定， 而是通过各个调节点间的最小距离100mm来加以 限制的，应采用立式重力分离器。 2.2 立式重力分离器的尺寸设计 2.2.1 分离器内的气速 2.2.1.1 近似估算法 5 . 0 = G GL st KV (2.2.11) 式中 Vt浮动（沉降）流速，m/s； L、G液体密度和气体密度，kg/m 3； KS系数 d *=200m时，K S=0.0512； d *=350m时，K S=0.0675。 近似估算法是根据分离器内的物料流动过程， 假设Re=130， 由图2.5.11查得相应的阻力系数CW=1， 此系数包含在Ks系数内，KS按式(2.2.11)选取。由式(2.2.11)计算出浮动（沉降）流速（Vt），再 设定一个气体流速（ue），即作为分离器内的气速，但ue值应小于Vt。 真正的物料流动状态，可能与假设值有较大的出入，会造成计算结果不准确，因此近似估算法只 能用于初步计算。 2.2.1.2 精确算法 从浮动液滴的平衡条件，可以得出： 5 . 0 GW GL t 3 )(*4 = C gd V (2.2.12) 式中 Vt浮动（沉降）流速，m/s； d *液滴直径，m； L、G液体密度和气体密度，kg/m 3； g重力加速度，9.81m/s 2; Cw阻力系数。 首先由假设的Re数，从图2.5.11查CW，然后由所要求的浮动液滴直径（d *）以及 L、G按式 （2.2.12）来算出 t V，再由此 t V计算Re。 G * G t e Vd R = (2.2.13) 式中 G气体粘度，PaS。 SLDI 233A14-98 2 其余符号意义同前。 由计算求得Re数，查图2.5.11，查得新CW，代入式(2.2.12)，反复计算，直到前后两次迭代的 Re数相等即 t t VV=为止。 取ueVt,即容器中的气体流速必须小于悬浮液滴的浮动（沉降）流速（Vt）. 2.2.2 尺寸设计 尺寸图见图2.2.2所示。 2.2.2.1 直径 5 . 0 e Gmax 0188. 0 = u V D (2.2.21) 式中 D分离器直径，m； VGmax气体最大体积流量，m 3/h； ue容器中气体流速，m/s。 由图2.5.12可以快速求出直径（D）。 2.2.2.2 高度 容器高度分为气相空间高度和液相高度，此处所指的高度，是指设备的圆柱体部分，见图2.2.2所示。 低液位（LL）与高液位（HL）之间的距离，采用式(2.2.22)计算 2 L L 1 .47 D tV H= (2.2.22) 式中 HL液体高度，m； t停留时间，min； D容器直径，m； VL液体体积流量，m 3/h。 图2.2.2 立式重力分离器 图2.2.2 立式重力分离器 停留时间(t)以及釜底容积的确定，受许多因素影响。这些因素包括上、下游设备的工艺要求以及停 车时塔板上的持液量。当液体量较小时，规定各控制点之间的液体高度最小距离为100mm。表示为：LL（低 液位）-100mm-LA（低液位报警）-100mm-NL（正常液位）-100mm-HA（高液位报警）-100mm-HL（高液位）。 2.2.2.3 接管直径 气、液 SLDI 233A14-98 3 a) 入口接管 两相入口接管的直径应符合式(2.2.23)要求。 GP u2 3.3410 -3(V GVL) 0.5G 0 25. (2.2.24) 式中 VG、VL分别为气体与液体体积流量，m3/h； DP接管直径，m。 由图2.5.13可以快速求出接管直径。 b） 出口接管 气体出口接管直径， 必须不小于所连接的管道直径。 液体出口接管的设计， 应使液体流速小于等于1m/s。 任何情况下，较小的出口气速有利于分离。 2.3 卧式重力分离器的尺寸设计 2.3.1 计算方法及其主要尺寸 设备尺寸计算的依据是液体流量及停留时间。按式(2.3.1)求出“试算直径”DT，在此基础上，求得容器 中液体表面上的气体空间， 然后进行校核， 验证是否满足液滴的分离。 卧式重力分离器的尺寸见图2.3.1所示。 试算直径 3 1 L T 12. 2 = AC tV D (2.3.1) 式中 C=LT/DT=24（推荐值是2.5）； DT、LT分别为圆柱部分的直径和长度，m； VL液体的体积流量，m 3/h； t停留时间，min； A可变的液体面积（以百分率计）即 A=ATOT（Aa+Ab），均以百分率计 其中 ATOT总横截面积，%； Aa气体部分横截面积，%； Ab液位最低时液体占的横截面积，%。 图2.3.1 卧式重力分离器 图2.3.1 卧式重力分离器 通常开始计算时取A=80%，并假设气体空间面积Aa为14%，最小液体面积Ab为6%。 选择C值时，须考虑容器的可焊性（壁厚）和可运输性（直径、长度）。 由DT和Aa=14%，查图2.5.1-4，得出气体空间高度(a)，a值应不小于300mm。如果a300mm，需用A 气、液 气 LT 液 SLDI 233A14-98 4 80%的数值，再进行计算新的试算直径。 2.3.2 接管距离 两相流进口接管与气体出口接管之间的距离应尽可能大，即LNLT及LT=CDT。 式中 LN两相流进口到气体出口间的距离，m; LT圆筒形部分的长度，m。 根据气体空间(Aa)和一个时间比值（R）（即液滴通过气体空间高度所需沉降时间与气体停留时间 的比）来校核液滴的分离，计算进口和出口接管之间的距离( N L)。 RAD Va L a 5 . 0 G GL2 T G N )( 524. 0 = (2.3.21) 式中 N L、 T D、a分别为进出口接管间距离、卧式容器直径和气体空间高度，m； VG气体流量，m 3/h； L、G分别为液体密度、气体密度，kg/m 3； Aa气体部分横截面积，%； R对于d *=350m，使用R=0.167 对于d *=200m，使用R=0.127 R=s/T 其中 s直径为d*的液滴，通过气体空间高度(a)所需要的时间，s； T气体停留时间，s。 两相流进口到气体出口间的距离(LN)不应小于 N L。 接管设计见2.2.2.3规定。 2.3.3 液位和液位报警点计算实例 已知：VL=120m 3/h，t=6min，D T=2000mm，LT=5000mm，最低液位高度hLL=150mm。 最低液位（LL）、低液位报警（LA）、正常液位（NL）、高液位报警（HA）、最高液位（HL）之 间的时间间隔分别是2、1、1、2min。要计算对应时间间距的各液位高度。 解题：如图2.3.3所示。 最低液位，即液面起始高度（计算时间为0）的液位高度(hLL)为150mm。 容器横截面积（ATOT）: 2 22 14 . 3 4 2 4 m D A T TOT = = 相当于液体在容器中停留时间为1min所占的横截面积为： A1=1201/（605）=0.4m 2 图2.3.3 卧式重力分离器液位高度 图2.3.3 卧式重力分离器液位高度 其它几个高度按下述方法求出： hLL/DT=150/2000=0.075，由图2.5.15查得)(034. 0 LL TOT b hh A A 即是图中=。 2 TOTb 107. 014. 3034. 0034. 0mAA= SLDI 233A14-98 5 得 289. 0 14. 3 4 . 02107. 02 TOT 1b TOT LA = + = + = A AA A A 查图2.5.15得333. 0 T LA = D h ，从最低液位经2min后得到液面高度为 )(6662000333. 0333. 0hhmmDh LATLA 即是图中= 得 416. 0 14. 3 4 . 03107. 03 TOT 1b TOT NL = + = + = A AA A A 查图2.5.15得 T NL D h =0.434，过1min后，液面高度为hNL=0.4342000=868mm（hNL即是图中h） 得 544. 0 14. 3 4 . 04107. 04 TOT 1b TOT HA = + = + = A AA A A 查图2.5.15得 T HA D h =0.535，再过1min液面高度为hHA=0.535DT=0.5352000=1070mm（hHA即是图 中h） 得 798. 0 14. 3 4 . 06107. 06 TOT 1b TOT HL = + = + = A AA A A ， 查图2.5.15得 746. 0 T HL = D h ，再过2min液面高度为hHL=0.746DT=0.7462000=1492mm（hHL即是图 中h）。 2.4 立式分离器（重力式）计算举例 2.4.1 数据 VL=8.3m 3/h L=762kg/m 3 T=318K P=0.324MPa Vmax=135% VG=521.7m 3/h G=4.9kg/m 3 G=14.610-6Pas d *=35010-6m Vmin=70% 停留时间t=6min，要决定分离器尺寸。 2.4.2 解题 2.4.2.1 浮动流速（Vt） 由式(2.2.12)计算 sm C gd V GW GL t /841. 0 9 . 41 )9 . 4762(1035081. 9 3 4 )( 3 4 5 . 0 6 5 . 0 * = = = 由式(2.2.13)计算 8 .98 106 .14 9 . 410350841. 0 6 6 * = = = G Gt e dV R 由图2.5.11查得CW=1.25， 由式(2.2.12)计算， 得Vt=0.75， 再由式(2.2.13)计算， 得Re=88.4， 由图 2.5.11查得 CW=1.25，试算结束，取ue=Vt, Vt=0.75m/s。 2.4.2.2 尺寸 SLDI 233A14-98 6 直径 5 . 0 t G.max min )(0188. 0 V V D= = 00188 5217135 075 0 5 .( . ) . =0.576m 取D=0.6m m D tV H L L 96. 3 )6 . 0(1 .47 635. 13 . 8 1 .47 22 = =高度 选用D=1m（由于上述计算L/D不合适） mHL43. 1 11 .47 635. 13 . 8 2 = = 每分钟停留时间相当于高度为：H=1430/6=238mm 2.5 附图 2.5.1 附图 2.5.1.1 雷诺数Re与阻力系数CW的关系图，见图2.5.11所示。 2.5.1.2 快速确定D关系图，见图2.5.12所示。 2.5.1.3 接管直径的确定图，见图2.5.13所示。 2.5.1.4 容器横截面积的求法(一)，见图2.5.14所示。 2.5.1.5 容器横截面积的求法(二)，见图2.5.15所示。 SLDI 233A14-98 7 图图 2.5.11 Re 数与阻力系数数与阻力系数(Cw)关系图关系图 SLDI 233A14-98 8 图图 2.5.12 容器和丝网直径的确定容器和丝网直径的确定 SLDI 233A14-98 9 图图 2.5.13 接管直径的确定接管直径的确定 SLDI 233A14-98 10 图图 2.5.14 容器横截面积的求法容器横截面积的求法(一一) DT m Aa % a m SLDI 233A14-98 11 图图 2.5.15 容器横截面积的求法容器横截面积的求法(二二) 3 立式和卧式丝网分离器设计 3.1 应用范围。 3.1.1 丝网分离器适用于分离气体中直径大于1030m的液滴。 3.1.2 丝网分离器主要部件为一固定安装的丝网组件，由丝网和上下支承栅条组成。丝网材料可采用 不同的金属或非金属材料。如：不锈钢、蒙乃尔合金、镍、铜、铝、碳钢、钽、耐腐蚀耐热镍合金、聚 氯乙烯和聚乙烯等。 SLDI 233A14-98 12 3.1.3 丝网分离器通常规格是丝网的丝直径为0.22mm0.28mm，丝网的厚度约为100mm150mm。 3.2 立式丝网分离器的尺寸设计 3.2.1 气体流速(uG)的确定 气体流速对分离效率是一个重要影响因素。流速过高，聚集的液滴不易从丝网上落下，液体充满 丝网，造成液泛，以致一度被捕集的液滴又飞溅起来，再次被气体携带出去，使分离效率急剧降低；流 速过低，夹带的雾沫在气体中飘荡，未与丝网细丝碰撞就随着气流通过丝网而被气体带走，降低了丝网 的分离效率。气速对分离效率的影响见图3.2.1所示。 图3.2.1 分离效率与气速的关系 图3.2.1 分离效率与气速的关系 3.2.1.1 计算方法(一) 用常数(KG)的计算方法 5 . 0 G GL GG = Ku (3.2.11) 式中 uG与丝网自由横截面积相关的气体流速，m/s； L、G分别为液体和气体的密度，kg/m 3; KG常数，通常KG=0.107。 如果气流中有较大的液体量被分离，则建议采用 KG=0.075。在高粘度液体、高压或高真空工艺中，KG 可采用 0.06。 3.2.1.2 计算方法(二) 本方法适用于两相物料中含液体很少的物流，假定两相中的液体全部被丝网截住，通过本方法求 得气体流速。 丝网自由横截面积上的气体流速(uG) 0 umcuG= (3.2.12) 其中 5 . 0 G 2 . 0 L L 3 0 96. 9 = a gN u (3.2.13) 式中 c安全系数，取0.70.9； m校正系数，由 L G 和 )20(OH L 2 C 由图3.5.12查得； L工作温度下液体表面张力，N/m，烃类的L可按式(3.2.14)计算： () + = L 4 GLL L 9 . 3 )(6064. 2 M M (3.2.14) u0临界流速，m/s； L液体粘度，Pas； 丝网空隙率； a丝网比表面积，m 2/m3； 最大速度 最大速度的最大速度 SLDI 233A14-98 13 丝网参数见表3.2.1。 g重力加速度，9.81m/s 2； H2O(20)20水的表面张力，72.810-3N/m； L、G分别为液体和气体的密度，kg/m 3； ML液体分子量； N系数，由 5 . 0 L G G L = W W M由图3.5.11查得（当M0.00001时，取N=0.7 进行计算）； WL进出丝网的液体流量之差，kg/h； WG气体质量流量，kg/h。 表3.2.1 国内丝网分离器参数表 型 号 规 格 空隙率() 丝网密度 kg/m 3 丝 径 mm 40100型 标准型 60150型 0.982 150 0.23 140400型 高效型 60100型 0.975 150 0.23 80100型 0.12 高穿透型 20100型 30150型 0.990 160 0.23 70140型 注：表3.2.1摘自行业标准丝网除沫器(HG5140481、HG5140581和HG5140681)。 3.2.1.3 计算方法(三) 本方法适用于物流中液体含量较多时，首先假定被气流夹带的液量。根据本方法来计算夹带的液 量，然后通过计算方法(二)求得气体流速。 a） 当测得被气体夹带的液滴直径(d *)后，设定丝网自由横截面积上的气体流速(u G)，并计算Re数。 G G * G du Re= (3.2.15) 式中 G气体粘度，Pas； G气体密度，kg/m 3。 其余符号意义同前。 b） 由Re数查图2.5.11，得阻力系数（Cw）； c） 由CW校核uG GW GL G 3 )(*4 C gd u = (3.2.16) 若与假定值不符，则改变uG值，直到uG值与假定值相近。 其余符号意义同前。 d） 由d *、u G值计算单位气体量带到丝网上的液体夹带量(E) )21603. 0( 5 . 2 G L 5 . 2 *)37.39( 21603. 0 )34. 52 . 4(06243. 0 + + = = G u G GL d u upe W W E (2.2.17) 及 5 . 0 L G )( EM = (3.2.18) 式中 E单位气体量带到丝网上的液体夹带量； M辅助因子。 其余符号意义同前。 e） 由M 查图3.5.11得N。M、N为辅助系数； SLDI 233A14-98 14 f） 按 L G 及 )CO(20H L 2 查图3.5.12得系数m值； g） 由式(3.2.13)得u0 若u0值小于uG，且差值不大，则可以用uG进行3.2.2的尺寸设计，否则应选用其它参数(a、)的 丝网。 若未测定液滴直径(d *)，则可用式(3.2.11)先定u G值，然后再假定d *，求Re及C W，由式(3.2.15) 验算d *值，若不符合，重新假定d*值，直至两值相近为止，然后再按3.2.1.3中 d)g)计算。 3.2.2 尺寸设计 3.2.2.1 丝网直径 由式(3.2.11)求得的uG，按式(3.2.21)求DG： 5 . 0 G G G 0188. 0 = u V D (3.2.21) 式中 uG丝网自由截面积上的气体流速，m/s； DG丝网直径，m； 其余符号意义同前。 由于安装的原因（如支承环约为50/7010mm），容器直径须比丝网直径至少大100mm。 由图2.5.12可以快速求出丝网直径(DG)。 3.2.2.2 高度 容器高度分为气体空间高度和液体高度(指设备的圆柱体部分)。低液位(LL)和高液位(HL)之间的 距离由式(3.2.22)计算： 2 L L 1 .47 D tV H= (3.2.22) 式中 D容器直径，m； VL液体流量，m 3/h； t停留时间，min； HL低液位和高液位之间的距离，m。 液体的停留时间（以分计）是用邻近控制点之间的停留时间来表示的，停留时间应根据工艺操作 要求确定，例如： LL4LA2NL2HA2HL 上式表示：LL（最低液位）和（低液位报警）LA之间的停留时间为4min，LA和NL（正常液位）之 间的停留时间为2min等内容。 气体空间高度的尺寸见图3.2.2所示。丝网直径与容器直径有很大差别时，尺寸数据要从分离的角 度来确定。 3.2.2.3 接管直径 a） 入口接管 两相混合同物的入口接管的直径应符合式(3.2.23)要求： 1500 2 GLG VVD (3.2.24) 式中 DP接管直径，m； VL液体体积流量，m 3/h； VG气体体积流量，m 3/h； 其余符号意义同前。 SLDI 233A14-98 15 由图2.5.13可以快速求出接管直径(DP)。 图3.2.2 立式丝网分离器 图3.2.2 立式丝网分离器 b） 出口接管 液体、气体的出口接管的直径，不得小于连接管道的直径。液体出口接管可以用小于等于1m/s的 流速来设计。 气体出口流速取决于气体密度，密度小时，最大出口流速uG.max20m/s。密度大时，选用较小的 气体出口流速。 任何情况下，较小的气体出口流速有利于分离。 3.2.3 丝网的装配 除考虑经济因素外，还应考虑工作温度、容器材料以及丝网本身的耐久性。采用聚丙烯或聚乙烯 丝网时，应注意产生碳氢化合物的影响；采用聚四氟乙烯或不锈钢丝网时应考虑其受温度的限制；铝制 容器内不能采用蒙乃尔丝网；在有水滴存在的条件下，钢制容器内不能采用铝制丝网。 3.3 卧式丝网分离器的尺寸设计 3.3.1 如果经卧式分离器之后，临界液滴直径需要小于200m时，分离器应带有丝网，丝网通常置于 罐顶部的分离空间中。其设计方法，是把卧式重力分离器（参看第2章“立式和卧式重力分离器设计” 中2.3规定）和立式丝网分离器的设计结合起来，从经济上考虑，应使气体空间尽可能地小。气体最小 空间高度amin=300mm，见图3.3.1所示。 T.L. HL LL SLDI 233A14-98 16 图3.3.1 卧式丝网分离器 图3.3.1 卧式丝网分离器 3.4 计算举例 3.4.1 数据 VL=0.4m3/h L=878kg/m 3 T=33 Vmax=135% VG=372.9m 3/h G=5.95kg/m 3 P=0.29MPa Vmin=70% 要决定分离器尺寸 3.4.2 解题 3.4.2.1 气体流速(uG) 由式（3.2.11）得： uG=KG( G GL ) 0.5=0.107( 5.95 5.95878 ) 0.5=1.3m/s 3.4.2.2 尺寸 a） 丝网直径(DG) 由式(3.2.21)得： D V u mmm G G G = =0018800188 372 9135 13 0370370 0 50 5 .().( . ).() b） 容器直径（D）至少要比丝网直径大100mm（考虑安装固定，如支承环约为50/7010mm），取 容器直径为500mm。 c） 高度(HL) 由式（3.2.22）得： m D tV H L L 275. 0 5 . 01 .47 635. 14 . 0 1 .47 22 = = d） 接管 两相进口 由式(3.2.23)得G 2 GL u1500Pa um s GL G + + 气相出口 气体出口流速=两相进口流速 选用DP=0.15m 气、液 气 液 SLDI 233A14-98 17 smu/92. 7 15. 03600785. 0 35. 19 .372 2 = = 液体出口 选用管径DN40，则流速为： smuL/12. 0 04. 03600785. 0 35. 14 . 0 2 = = 3.5 附图 3.5.1 附图 3.5.1.1 由（WL/WG）（G/L）0.5查得辅助系数（N），见图3.5.11所示。 3.5.1.2 由G/L和L/H2 O（20）查得校正系数（m），见图3.5.12所示。 SLDI 233A14-98 18 图图 3.5.11 (WL/WG)(G/L)0.5与系数与系数(N)的关系图的关系图 SLDI 233A14-98 19 图 3.5.1-2 图 3.5.1-2 G G/ /L L和 和 L LH H2 2 O(20) O(20)与校正系数(m)的关系图 与校正系数(m)
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