重力式分离器的沉降理论与实用公式.pdf

6 0 第 l 4昔第 6期 天 然 气 工 业 9 9 4篮 硅 天 然 气 加 工 与 化 工 重力式分离器的沉降 理论与实用公式 余汉成 四 川 石 油 喜 设 计 研 究 院 f 摘 要文章亲统地介绍7 不同类型重力式分离器设计的基本理论和计算公式 善计算公式 具有 简洁 实用 逻辑性较强的特 最 使用时无需其他繁杂的附加计算 由于各计算公式之间具有一 定的内在联 系和较强的亲烧性 因而支中的公武可用作分离器计算机辅助设计软件编制的数学模 型 I 主 题 词 分 离 器 沉 降 理 论 设 计 两 相 分 离 三 相 分 离 立 式 卧 式 力 气液沉降理论 在气 流进入重 力式分离器后 首先进入初级分 离阶段 由于气流突然减速 并同时改变流动方 向 在惯性力 离心力以及重力的综合作用下 分离器对 气流进行了初级分离 随即气流进入了分离器的沉 降分离段 重力分离器的设计计算即以沉降分离段 的气液沉降理论为依据 I 液滴在沉降分离段的受力分析 这里需对气液流态作如下假设 液漓为稳定 的球形 沉降过 程中不变形 不粉碎 也不与其它液 滴碰撞合并 液滴不与分离器壁或其它构件发生 力的关系 液漓在沉降段已处于匀速下沉状态 沉降段气流流动为稳定流状态 这样在沉降段 液滴 主要受液滴本身向下的重力和液滴下沉时气流对液 滴产生的向上阻力或携带力 图 I 在稳定状态时 两个力大小相等 方向相反 在分离器设计计算中 公式推导通常以立式分离器为基础 并假定具有某 一 所需分离直径 的液滴开始匀速下沉时的气体 和液滴之问的垂向的相对运动速度为临界气流速度 I 当气流速度低于此临界速度时 所需分离直径 的液漓即可从气相中分离出来 如果用 n 表示液漓车 身所受重力 单位 N 用 表示气体对液漓运动所产生的携带力 单位 N 则 n 1 n n A 1 一 A 2 气体出1 3 田 液滴在沉降段的受力分析田 式中 n为液漓密度 k g m I A 为工况条件下气体密度 k s m l 为气液相对运动速度 m 0 I 为液滴直径 m 为气体携带力系数或阻力系数 I A为液滴横切面积 m I 为重力加速度 取 9 8 1 m 对于球形液滴来说 携带能力系数 是假想雷诺 数的函数 其关系式如下t 口 d C o 嚣 o 3 4 3 拯一1 0 3 E 4 余仅成 高级工程师 1 9 6 6年毕业于西南石油学院油气田开发专业 主要从事天然气气田地面集输工艺与设备的设计和 研究 地址t 6 I O 0 1 7 J l 1 省成都市小关庙后蘅 2 8号 电话 0 2 8 6 7 4 7 7 6 0 转 2 5 6 维普资讯 第 卷第 6期 余 汉成 t 重力式分离 器的沉降理论与实用公式 式中 为液滴直径 岬 为气体粘度 m P a s 一 般在计算中 当 船 2 时 认为液滴在气流中 的沉降处 于层流状态 可取 如 2 4 当 R e 2 1 0 时 可认为液滴在气流中的沉降处于紊流状态 并取 0 3 4 2 层流状态的司托克公式 当假想雷诺数 船 2时 可认为液滴处于层流 状态 此时 2 4 并将雷诺敬公式中的 用 代替 即 R e 1 0 p D V 可得此时气流对渡滴运动所产生的携带能力或阻力 F o 为 V 一 24l iV z 24 1 1 1 0 t p I D V i 3 1 0 一 V 令 即 3 1 0 一 I n n 型 可 得 V 0 5 当液滴直径用 m表示 并用 表示 临界状态 时的气流速度时 得 I I 曼 曼 二 2 5 另外 利用牛顿第二定律 可建立起 液滴在气流 中沉降达到稳定流状态的加速度公式 即 口 二 6 式中 n 为液滴稳定下沉时的加速度 m为液滴质量 上式经积分运算后可得气液分离液滴沉降时的 动态式 l 1 5 4 5 1 0 一 n 1 一 1 7 式中 5 1 5 为沉降时间 s 经计算表明 液滴在分离器达到稳定的匀速沉 降需要一个短暂的时间 另外 考虑到气流流动稳定 车身的需要 在分离器结构设计时 其沉降段距离一 般取 I m左右 层流层的司托克公式 主要用于三相分离器设 计中油水分离公式的推导 因为油水密度差较小 同 时粘度太 油水之间相互的沉降速度低 故雷诺敬也 较低 因而司托克公式具有一定的适应性 反之 司 托克式则不适于气液两相分离计算 3 气液分离的实用公式 如上所述 由于司托克公式用于气液分离时误 差较大 敞适用于气液分离的临界流速公式需另行 推导 其推导过程如下 首 先假定 为常数 令 一 分别代入式 1 和式 2 并用 代替式中 可得 V t 3 6 1 7 0 8 再设定 0 3 4 时 可得紊流条件下的临 界速 度 0 为 V o 5 2 0 3 l 0 一 F P d r g J 最后即可利 用式 8 9 进行气液分离的临界 流速计算 其计算步骤如下 1 首先假设气流处于紊流状态 利用式 9 计 算 V I I 2 利用式 4 计算假想雷诺敬 第一次计算时 式中 V 用步骤 1 算得的 代入 即 R e l 0 3 垒 3 利用式 3 计算 即 一 2 4 击 0 3 4 4 利用式 8 计算可得 V t 5 利用步骤 算得的 V t 再从步骤 2 开始计 算下一个 V 值 直至最后两次计算的 I 靠近到所需 精度时 最后一次计算所得的 I 即为所需计算的 I 值 当然 此项计算以计算机计算为佳 不过 此计算 方法收敛较快 一般试算 6 7次即可得到较满意的 收敛值 分离器的设计系数 在气液分离计算中 常需利用设计系敦 值 其计算式如下 当利用气液分离的实用公式求得最终的临界流 速 1 q 后 即可用式 4 求得假想雷诺数 髓 然后 再用式 3 求得 值 晟后利用式 1 0 即可求得 K 值 值除利用上述计算方法可得到外 亦可利用 图表查得 两相立式分离器的计算 1 气体处理能力的实用计算式 维普资讯 天 然 气 工 业 9 9 4 芷 在计算公式的推导过 程中 需假定气体在分离 器内的流速等于 或小于 液滴的临界流速 从而可 算得所需分离器的最小直径 D 即假定 V 而 V v 忙s 川 川 期 式中 口为天然气工况下的最大流量 m s A为分离器横切面 m 由此可得两相立式分离器气体处理能力的公式 为 l 4 0 8 1 0 1 1 当所需分离液滴直径 为 1 0 0 i t m时 I 4 0 8 1 0 一 K 1 2 式中 为按式 1 0 算得的设计常数 z为气体压缩系敬 I 口 为最大气体处理量 m d 标准状态 o 0 1 0 I 3 3 5 MP a 一 2 0 为分离温度 K 为分离压力 绝 MP a D为立式分离器直径 m 2 液体处理能力 气液两相分离器液体处理能力的计算主要依据 所需液体在分离器的稳定时间或滞留时问以及液体 产量 若分离器储液段体积为 m 液体流量为 I m s 则液体在分离器内的滞留时间 s 可用下式 表 示 由此可推导得出两相立式分离器液体处理能力 的实用计算公式 为 D 一 8 8 4 3 1 0 1 3 式中 D为分离器直径 其设定值应大于式 I I 或式 1 2 气体处理 能力公式的计算值 mi 为分离器的液柱高度 I a J 为最大液体产量 m d I 为液体在分 离器中所需的滞 留时 间 ra i n 对气液两相分离器而言 滞留时间一般按 1 m J n 考虑 若液相为粘度较大的原油 则滞留时间可延长 至 2 ra i n 同时 分离压力提高 滞留时间也应适 当增加 整个分离器的长径比可按 3 4考虑 两相卧式分离器的实用计算公式 1 气体处理能力的实用计算式 卧式分离器气体处理能力计算公式的推导 一 般先假定分离器内部一半 为液相充满 同时需保证 气体在分离器中的滞留时间 必须大于或等于气 流中液滴沉降分离至液面所需的时间 即 同时 一 一 2 式 中 厶r 为分离器 的有效长度 通常为气流进 出口之间距离 mI 为气体在分离器中流速 D为分离器直径 为液滴在垂直方 向上的沉降 速度 亦 即直径为 的液滴在气体中沉降所需临 界流速 由于卧式分离器中 气体呈水平流动 其垂直的 流速 分量 为零 故 可理 解为液滴的实 际沉降速 度 其实际值同样可用式 8 进行计算 根据以上假 定 可推导 出卧式分离器的气体处理能力公式为 4 0 8 当 1 0 01 t m时 得 Lr D 1 4 0 8 l 0 一 K 1 5 2 液体处理能力的实用计算式 该式推导方式与立式分离器的液体处理能力公 式雷同 其最终计算式为 L 丽t O j 或 L f 一I 7 6 7 1 0 s t I 6 式中 a I 为最大液体产量 m d 在设计计算中 式 1 4 或 I 5 的计算结果应与 式 I 6 的计算结果进行比较 取值大者为最终值 若 二者计算值相差太大 可适当调整液相的充满程度 三相立式分离器的计算 1 气体处理能力计算 三相立式分离器气体处理能力的计算与两相立 式分离器气体处理 能力的计算相同 可分别采用式 1 I 或 1 2 维普资讯 第 1 4 卷第 6 期 条汉虚 t 重 力式分离器的沉降理论与实用公式 2 液体处理能力的计算 在三相分离器实用公式 的推导过程中 需考虑 液相介质中油水分离的 问题 由于油的牯度远大于 水的粘度 因而分离油中的水滴远比分离水中的油 滴困难 同时三相分离器也具有对原油进行预脱水 的目的 所以三相分离器的油水分离计算以从原油 中除去水漓为依据 在油水分离的公式推导过程中 需应用如下司托克公式 I t 5 4 5 l O p p o d 1 7 式中 l 0为水滴在油中的沉降速度 m 5 I 一 为油水密度差 k g m I d 为水滴直径 为油牯度 mP a s 油水分离所需滞留时间较长 一般在 1 0 ra i n左 右 当油水密度 差较小 而分离温度又较低时 则滞 留时间可延长至 2 0 3 0 ra i n 采用与两相立式分离器气体处理能力公式类似 的推导方法 可得三相立式分离器的液体能力公式 为 2 7 0 4 6 1 8 当 5 0 0 m时 n 0 1 0 8 2 7 丝 1 9 L p w po 式中 为最大原油产量 m d n 为利用液体处理能力公式计算所得的 分离器直径 m 3 液柱高度计算 三相立式分离器液柱高度计算公式与两相立式 分离器液柱高度计算公式式 1 3 基本相同 但需分 别计算油 水的高度 同时 式中的分离器直径应大 于或等于气体和液体处理能力计算公式计算的较大 值 故可得 k 8 8 4 3 1 0 4 口 2 0 8 8 4 3 1 0 口 2 1 k t 8 8 4 3 1 0 口 t 2 2 式中 k k 为油 水高度 1 7 1 k 为油 水滞留时间 rai n I 为晟大油 水 日产量 1 7 1 d 由于立式三相分离器所需直径较大 其长径 比 在 I 5 3 左右 三相卧式分离器的计算 1 气体处理能力计算 与两相卧式分离器气体处理能力计算相同 可 采用式 1 4 或式 1 5 2 液体处理能力计算 液体处理能力公式的推导 同样可假设为液相 充满程度是分离器的一半 并同时需考虑油水两相 各自的流量 滞留时间等 晟后可得液体处理能力公 式 为 厶f 1 7 6 8 1 0 一 k口 I 口 1 2 3 式中 凸 为按液体处理能力公式计算所得的分 离器直径 其大小应与按气体处理能力计算公式所 得的计算值进行比较 取大值 3 计算最大油层厚度 此项计算的目的在于使所设计的分离器油层不 能太厚 由于水滴在油层中的沉降速度有限 如果油 层太厚并超过了晟大油层厚度 可能会出现部分油 层顶部的水滴还来不及况降到水层即被油流带出分 离器 可见晟大油层厚度的计算与油液在分离器中 的流速有关 也与水滴在油层中的沉降速度有关 其 推导需利用司托克公式式 I 7 其计算公式为 3 2 7 I O 2 4 当 5 0 0岬 时 k 8 1 7 5 X I O 3 二鱼 2 5 式中 k 为晟大油层厚度 m 4 分离器最大直径 当液体处理 能力一定 用式 2 3 确定卧式分离 器尺寸时 由于受到晟大油层厚度的限制 分离器直 径应 风 否则 应增加其有效长度 厶r 分离器晟大直径 风 的计算需利用图 2的曲 线 其计算步骤如下 囝 2 A A与 z值的关系曲线囝 维普资讯 6 4 第 1 4 卷第 6 期 天 然 气 工 业 9 9 4 越 烷烃催化脱氢生产 C s c 烯烃工艺 之 四 童 塑 一 四川石油瞥理局天然气信息研究所 下 P f L 乏 摘要un d e 工艺采用一衄三个周期性善 环操作的詈式 圃定床反应器 由顶烧转化炉型的 加热炉烟气以量外加热流垃量内的过程气体来提供反应所需的热量 反应在接近等温条件下进行 采用载于 Al t 0 I 担 体上 的氧化络 非贵空 属和助 荆作 为催化 剂 异 丁烷 单程 转化率 为 4 5 to o l 异 丁 烽选择性 9 4 mo l 已通过半工业试验蓑置考察 工业蓑置的设计和建设正在进行中 文中同时简 介 1我圆在低碳烷烃脱氩这一领城研完工作的概况 并对圆外 8 0年代来开发的上述诸I 艺特点进 行 1综合比较 和分析 主 题词 烷烃 催 化 脱氩 催 化荆 丙 烷 丁 烷 丙 烽 异丁烯 懈 f 足 L i n d e 工艺及催化剂 德国 L i n d 公司在完成 了 1 9 8 2年开始研究丙 烷 异丁烷脱氢生产丙烯和异 丁烯工艺的开发工作 后 即在 B A S F公司建在路德维希港 生产能力为 l 万 t a丙烯 的一套半工业试验装置上进行了为期近 两年 I 9 8 9年 1 月至 1 9 9 0年 I 1 月 的试运行 并取 得了预期的效果 该公司宣称 Ur l d e工艺避免了 O l fl e x工 艺用 H 稀释 亦避免了C a t o f i n工艺负压操作等同题 成 本低 污染少 与同类方法相比 具有较强竞争能力 目前正在进行工业 I 匕 设计 UP d e 工艺流程如图 I 所示 与 S t a r 工艺相似 L i n d e 工艺亦采用顶烧转化炉 型反应器 反应器是由炉内许多根装有催I 匕 剂的反 应管所组成 燃烧器的设计和台理配置使反应过程 几乎在等温条件下进行 从而获得最隹选择性 再生中 空气 髓 I L i nd r E流程髓 试验结果表明 在温度不超过丙烷的热裂 化限 界温度 6 2 0 U 异丁烷热裂化限界温度为 6 0 0 r c 时 I 按下式计算水所占分离器横切面积之比 鲁 o 5 警 2 6 式中 A 为水所占分离器横切面 I f I A为分离器横切面 m 2 利用图 2曲线查出 z值 3 用下式即可算得分离器最大直径 口 一 2