气液分离器Excel设计-丝网+重力+旋流（带公式自动计算版）

气液分离器（丝网+重力+旋流组合式）设计计算,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

一、设计基础参数输入,,,,,,,,,

1,设计压力,P,设计值,"P=max(P_op+0.1,1.1P_op)",MPa,1.60,分离器顶部最高操作压力，考虑安全裕量,GB150.1-20113.1.3,最高操作压力+0.1MPa或1.1倍最高操作压力取大值

2,设计温度,T,设计值,T=T_op+15~30,℃,100.00,正常操作条件下壳体金属温度,GB150.1-20113.1.4,最高操作温度+15~30℃

3,操作压力（绝压）,P_op,设计值,工艺给定,MPa,1.10,正常运行时分离器顶部工作绝对压力,SY/T0515-2014,工艺包提供的正常操作压力，绝压

4,操作温度,T_op,设计值,工艺给定,℃,80.00,正常运行时分离器内工作温度,SY/T0515-2014,热力学温度T_op_K=T_op+273.15

5,标准状态气体流量,Qg_n,设计值,工艺给定,Nm³/h,10000.00,标准状态（0℃，101.325kPa）下气体体积流量,工艺设计手册,实际工况流量需按理想气体状态方程换算

6,液体质量流量,Ml,设计值,工艺给定,kg/h,5000.00,单位时间内进入分离器的液体质量,SY/T0515-2014,含凝析液、游离水等液相总量

7,气体摩尔质量,Mg,设计值,工艺给定,g/mol,20.00,混合气体的平均摩尔质量,化工原理,天然气约16~20g/mol，空气29g/mol

8,液体密度（操作条件）,ρl,设计值,工艺给定,kg/m³,850.00,操作条件下液相密度,工艺物料数据,凝析油约700~850kg/m³，水1000kg/m³

9,分离要求-出口液滴含量,C_out,设计值,用户给定,g/Nm³,0.01,出口气体允许的最大液滴含量,SY/T0515-2014,普通工况≤0.1g/Nm³，高精度≤0.01g/Nm³

10,最小分离液滴直径,d_min,设计值,用户给定,μm,3.00,要求高效分离的最小液滴直径,分离设计手册,丝网可分离≥3μm，重力沉降≥50μm

11,气体动力粘度,μg,查表值,查物性手册,Pa·s,1.20E-05,操作条件下气体的动力粘度,化工物性手册,常温常压空气约1.8e-5Pa·s，天然气约1.1e-5Pa·s

12,液体动力粘度,μl,查表值,查物性手册,Pa·s,1.00E-03,操作条件下液体的动力粘度,化工物性手册,常温水约1e-3Pa·s，凝析油约0.5~2e-3Pa·s

13,气液界面张力,σ,查表值,查物性手册,N/m,0.03,操作条件下气液两相界面张力,化工物性手册,常温空气-水约0.072N/m，天然气-凝析油约0.02~0.03N/m

14,丝网丝径,d_wire,选用值,根据丝网类型选,mm,0.15,丝网除沫器所用金属丝直径,HG/T21586-1998,标准型丝网丝径0.1~0.28mm

15,丝网材料密度,ρ_m,查表值,查材料手册,kg/m³,7930.00,丝网金属材料的密度,材料手册,不锈钢304为7930kg/m³

16,丝网空隙率,ε,查表值,查丝网样本,无因次,0.98,丝网层中空隙体积占总体积比例,HG/T21586-1998,标准丝网空隙率0.97~0.98

17,丝网层厚度,H_mesh,选用值,标准规格,mm,150.00,丝网除沫器丝网垫总厚度,HG/T21586-1998,标准厚度100mm、150mm、200mm

二、物性参数与工况换算,,,,,,,,,

18,标准状态气体密度,ρg_n,计算值,ρg_n=Mg/22.4,kg/m³,0.89,标准状态下气体密度,理想气体状态方程,标准摩尔体积22.4L/mol

19,操作状态气体密度,ρg,计算值,ρg=ρg_n*(P_op/0.101325)*(273.15/(T_op+273.15)),kg/m³,7.50,操作条件下的气体密度,理想气体状态方程,由标况密度按温压换算

20,操作状态气体体积流量,Qg,计算值,Qg=Qg_n*(0.101325/P_op)*((T_op+273.15)/273.15)/3600,m³/s,0.33,操作条件下每秒气体体积流量,理想气体状态方程,标况流量换算为工况流量

21,操作状态液体体积流量,Ql,计算值,Ql=Ml/ρl/3600,m³/s,1.63E-03,操作条件下每秒液体体积流量,质量流量换算,质量流量除以密度

22,气体质量流速,G,计算值,G=Qg*ρg,kg/s,2.48,单位时间气体质量流量,化工原理,体积流量乘以密度

三、重力分离段设计计算,,,,,,,,,

23,重力分离系数推荐值,K_grav,查表值,经验值,m/s,0.05,重力沉降设计系数K值,GPSA工程手册,K=0.03~0.06，压力越高K值越小

24,重力沉降段允许最大气速,v_grav_max,计算值,v_grav_max=K_grav*sqrt((ρl-ρg)/ρg),m/s,0.48,重力分离段不发生液滴二次夹带的最大流速,Souders-Brown公式,液滴沉降速度理论推导

25,重力沉降段所需最小横截面积,At_grav,计算值,At_grav=Qg/v_grav_max,m²,0.69,满足重力沉降所需的最小筒体横截面积,连续方程,流量除以流速得面积

26,重力分离段计算内径,D_grav,计算值,D_grav=sqrt(4*At_grav/PI()),m,0.94,由横截面积计算的筒体内径,几何公式,圆面积公式反算直径

27,初选筒体内径,D,选用值,圆整至标准直径,m,1.20,圆整到标准容器公称直径,压力容器公称直径标准,"标准DN：400,500,600,800,1000,1200..."

28,实际筒体横截面积,At,计算值,At=PI()*D²/4,m²,1.13,选用直径后的实际流通面积,几何公式,

29,重力段实际气速,v_act,计算值,v_act=Qg/At,m/s,0.29,实际运行时重力段气体流速,连续方程,

30,重力段气速校核,v_check,判断值,"IF(v_act<=v_grav_max,""满足"",""不满足"")",判定,满足,校核实际气速是否小于允许最大气速,Souders-Brown,流速过高会引起液滴二次夹带

31,斯托克斯区液滴终端沉降速度,u_t,计算值,u_t=g*d_min²*(ρl-ρg)/(18*μg)（d以m为单位）,m/s,0.10,50μm液滴的自由沉降速度，重力段主要分离≥50μm液滴，更小液滴由丝网捕集,Stokes定律,Re<2时适用

32,液滴沉降雷诺数,Re_d,计算值,Re_d=d_min*ρg*u_t/μg*1e-6,无因次,2.99,50μm液滴沉降雷诺数，判断沉降流型,化工原理,Re<2层流，2~500过渡，>500湍流

33,重力沉降段有效高度,L_grav,计算值,L_grav=v_act*D/u_t*K_L,m,6.42,50μm液滴沉降所需最小垂直距离,停留时间法,K_L为安全系数取1.5~2.0

34,重力沉降段设计高度,L_grav_sel,选用值,圆整并取裕量,m,7.80,考虑进出口影响及裕量后的重力段设计高度，不小于1D且不小于1.2m,工程经验,一般不小于1m且不小于D

四、丝网除沫段设计计算,,,,,,,,,

35,丝网除沫器设计K因子,K_mesh,查表值,HG/T21586标准值,m/s,0.11,丝网除沫器允许气速系数,HG/T21586-1998,标准型SP：K=0.107，高效型HP：K=0.08

36,丝网段允许最大气速,v_mesh_max,计算值,v_mesh_max=K_mesh*sqrt((ρl-ρg)/ρg),m/s,1.13,丝网段不发生液泛的最大气速,Souders-Brown公式,丝网设计核心公式

37,丝网段实际气速,v_mesh_act,计算值,v_mesh_act=Qg/At,m/s,0.29,丝网除沫器实际运行气速,连续方程,丝网充满整个筒体截面

38,丝网段气速校核,mesh_v_check,判断值,"IF(v_mesh_act<=v_mesh_max,""满足"",""不满足"")",判定,不满足,校核丝网气速是否在允许范围内,HG/T21586-1998,气速过高造成液泛，过低则效率下降

39,丝网比表面积,a,计算值,a=4*(1-ε)/d_wire,m²/m³,666.67,单位体积丝网的有效捕集表面积,丝网除沫器设计,比表面积越大捕集效率越高

40,单丝捕集效率（惯性碰撞）,η_I,计算值,η_I=Stk/(Stk+0.77),无因次,0.08,惯性碰撞机制捕集效率,分离效率公式,Stk为斯托克斯数

41,单根丝总捕集效率,η_s,计算值,η_s=η_I+η_R+η_D,无因次,0.23,包含惯性、拦截、扩散的单丝效率,气液分离理论,三种机制共同作用

42,丝网层总分离效率,η_total,计算值,η_total=1-exp(-η_s*a*H_mesh/(4*ε)),无因次,1.00,丝网层整体分离效率,穿透率理论,效率随厚度指数增长

43,分离效率校核,eff_check,判断值,"IF(η_total>=0.999,""满足"",""不满足"")",判定,不满足,校核丝网分离效率是否达标,设计要求,要求去除≥3μm液滴99.9%以上

44,丝网层干板压降,ΔP_dry,计算值,ΔP_dry=f_g*H_mesh*ρg*v_mesh_act²/(2g*ε^3)*g,Pa,0.16,清洁丝网的气体通过压降,Ergun公式,干板压降与气速平方成正比

45,丝网层湿态操作压降,ΔP_mesh,计算值,ΔP_mesh=1.5~2.5*ΔP_dry,Pa,0.31,带液操作时实际压降，约为干板1.5-2.5倍,工程经验,操作压降一般100~500Pa

46,丝网下部支撑空间高度,h_sup,选用值,结构设计要求,mm,300.00,丝网与降液管之间的空间高度,HG/T21586-1998,利于液体汇集降落

47,丝网上部预留空间,h_top,选用值,结构设计要求,mm,250.00,丝网顶部到封头切线距离,HG/T21586-1998,便于气体分布和安装检修

五、旋流分离段设计计算,,,,,,,,,

48,旋流管数量,n_cyc,选用值,处理量与单管处理量,个,4.00,旋流子个数，单管或多管并联,旋流分离器设计手册,大直径分离器可布置多个旋流管

49,旋流管公称直径,D_cyc,选用值,标准旋流管规格,mm,250.00,旋流分离器主体圆柱段直径,常用规格,标准旋流管直径φ50~φ300mm

50,单旋流管入口面积,A_cyc_in,计算值,矩形入口面积=a*b,mm²,7200.00,旋流管入口矩形截面积,旋流器设计,"通常入口a=D_cyc/4,b=D_cyc/2"

51,旋流管入口气速,v_cyc_in,计算值,v_cyc_in=Qg*1e6/(n_cyc*A_cyc_in),m/s,11.49,旋流管入口设计气速,旋流器设计规范,最佳入口气速12~25m/s

52,旋流入口气速校核,cyc_v_check,判断值,"IF(v_cyc_in>=12且v_cyc_in<=25,""满足"",""不满足"")",判定,不满足,校核入口气速是否在最佳范围,旋流分离器设计手册,气速低效率差，过高则压降大

53,旋流分割粒径d50,d50_cyc,计算值,经验公式,μm,280.15,旋流管分级效率50%对应的粒径,旋流分离理论,d50越小分离性能越好

54,旋流段分离效率（≥50μm）,η_cyc,计算值,分级效率曲线,%,94.80,旋流段对大液滴的分离效率,旋流分离器设计手册,旋流主要去除50μm以上液滴

55,单只旋流管压降,ΔP_cyc,计算值,ΔP=ξ*ρg*v_cyc_in²/2,Pa,9891.77,旋流管操作压降,压降公式,阻力系数ξ约15~25

56,旋流管插入深度,h_dip,选用值,结构设计,mm,300.00,旋流管升气管下端到入口距离,旋流器设计规范,防止气体短路

57,旋流段集液区高度,h_boot,选用值,液位控制要求,mm,400.00,旋流管下口到正常液位距离,工程经验,防止液滴被二次夹带

六、筒体与封头设计计算,,,,,,,,,

58,筒体材料,mat,选用值,常用压力容器钢,,Q345R,筒体及封头所用钢板材料,GB713-2014,Q245R/Q345R/S30408等

59,材料许用应力（设计温度）,[σ]_t,查表值,GB150.2查取,MPa,189.00,设计温度下材料许用应力,GB150.2-2011,Q345R≤100℃许用应力189MPa

60,焊接接头系数,φ,选用值,无损检测比例,无因次,0.85,考虑焊缝强度削弱的系数,GB150.1-2011,局部无损检测取0.85，100%RT取1.0

61,钢板厚度负偏差,C1,查表值,GB/T709,mm,0.30,钢板厚度允许负偏差,GB/T709-2019,厚度≤20mm时C1=0.3mm

62,腐蚀裕量,C2,选用值,介质腐蚀性,mm,2.00,考虑介质腐蚀的厚度裕量,GB150.1-2011,轻微腐蚀取1~2mm

63,筒体理论计算壁厚,δ_calc,计算值,δ_calc=P*D/(2*[σ]_t*φ-P),mm,6.01,内压圆筒强度计算壁厚,GB150.3-20113.3,中径公式推导

64,筒体名义壁厚,δ_n,选用值,δ_n=δ_calc+C1+C2+圆整,mm,12.00,选用标准钢板厚度,GB/T709-2019,标准钢板厚度系列

65,筒体壁厚校核,delta_check,判断值,"IF(δ_n>=δ_calc+C1+C2,""满足"",""不满足"")",判定,满足,校核所选壁厚是否满足强度要求,GB150.3-2011,名义壁厚需大于计算壁厚加裕量

66,筒体有效壁厚,δ_e,计算值,δ_e=δ_n-C1-C2,mm,9.70,实际承受压力的有效壁厚,GB150.3-2011,

67,筒体实际环向应力,σ_act,计算值,σ_act=P*(D+δ_e)/(2*δ_e),MPa,99.77,承压时筒体实际环向拉应力,薄膜理论,应小于许用应力

68,筒体应力校核,sigma_check,判断值,"IF(σ_act<=[σ]_t*φ,""满足"",""不满足"")",判定,满足,校核实际应力是否小于许用值,GB150.3-2011,

69,封头类型,head_type,选用值,常用标准封头,,EHA,封头类型代号,GB/T25198-2010,EHA=椭圆形封头，THA=碟形

70,封头曲面深度,h_h,选用值,标准封头尺寸,mm,200.00,标准椭圆形封头曲面深度,GB/T25198-2010,EHA封头h=D/4

71,封头直边高度,h_straight,选用值,标准封头尺寸,mm,40.00,封头直边段高度,GB/T25198-2010,常用25、40、50mm

七、分离器总高度及液位段计算,,,,,,,,,

72,液体设计停留时间,t_res,选用值,分离与缓冲要求,min,3.00,液体在分离器内停留时间,SY/T0515-2014,一般1~5min，乳化液取大值

73,正常液位下液体容积,V_liq,计算值,V_liq=Ql*t_res*60,m³,0.29,停留时间内液体体积,停留时间法,保证液体有足够停留时间

74,正常液位高度,h_liq,计算值,h_liq=V_liq/At*1.2,m,0.50,正常液位距底部高度（含裕量）,几何计算,圆柱段液高=体积/截面积

75,液位控制段总高度,h_LI,选用值,报警联锁要求,m,1.30,低低-低-正常-高-高液位总高度,工程设计,含报警联锁空间

76,底部封头切线到低低液位高度,h_BB,选用值,防漩涡与杂质沉淀,mm,200.00,底部预留沉渣防涡空间,分离器设计手册,防止漩涡带气，预留杂质空间

77,进口区高度,h_inlet,选用值,进料预分离空间,mm,600.00,进口到旋流管/布板的距离,工程经验,利于入口气液预分离

78,筒体切线间总长度（TL-TL）,L_TL,计算值,各段高度累加,mm,10600.00,上下封头切线间筒体总长度,几何累加,各功能段高度之和

79,分离器总高度（含封头）,L_total,计算值,L_total=L_TL+2*(h_h+h_straight),mm,11080.00,分离器总高度（封头顶部到底部）,几何计算,

80,分离器长径比校核,L/D,计算值,L/D=L_TL/(D*1000),无因次,8.83,筒体总长度与直径比值,分离器设计规范,立式分离器推荐L/D=2~5

81,长径比合理性判断,LD_check,判断值,"IF(L/D>=2且L/D<=6,""满足"",""不满足"")",判定,不满足,校核长径比是否在推荐范围,SY/T0515-2014,过长或过矮均不利于分离

八、进出口接管尺寸计算,,,,,,,,,

82,气体入口接管推荐流速,v_g_in,查表值,管道设计规范,m/s,15.00,气体入口管道推荐流速,化工管道设计规范,气体管道推荐10~20m/s

83,气体入口接管内径,d_g_in,计算值,d=sqrt(4*Qg/(v_g_in*π))*1000,mm,167.57,气体入口接管内径计算值,连续方程,

84,气体入口接管公称直径,DN_g_in,选用值,圆整至标准管径,mm,200.00,选用标准管道公称直径,GB/T9119,标准DN系列

85,气体出口接管推荐流速,v_g_out,查表值,管道设计规范,m/s,12.00,气体出口管道推荐流速,化工管道设计规范,出口流速稍低于入口

86,气体出口接管内径,d_g_out,计算值,d=sqrt(4*Qg/(v_g_out*π))*1000,mm,187.35,气体出口接管内径计算值,连续方程,

87,气体出口接管公称直径,DN_g_out,选用值,圆整至标准管径,mm,200.00,选用标准管道公称直径,GB/T9119,标准DN系列

88,液体出口接管推荐流速,v_l_out,查表值,管道设计规范,m/s,1.50,液体出口管道推荐流速,化工管道设计规范,液体管道推荐1~2m/s

89,液体出口接管内径,d_l_out,计算值,d=sqrt(4*Ql/(v_l_out*π))*1000,mm,37.24,液体出口接管内径计算值,连续方程,

90,液体出口接管公称直径,DN_l_out,选用值,圆整至标准管径,mm,50.00,选用标准管道公称直径,GB/T9119,标准DN系列

91,入口装置类型,inlet_device,选用值,高效入口分布器,,挡板式,入口初步分离装置类型,分离器内件手册,挡板式、离心式、弯管式等

九、分离器压降计算,,,,,,,,,

92,入口动能及入口损失,ΔP_in,计算值,ΔP_in=ξ_in*ρg*v_g_in²/2,Pa,1265.16,气体进入分离器入口损失,局部阻力公式,入口阻力系数ξ≈1.5

93,重力沉降段沿程损失,ΔP_grav,计算值,ΔP_grav=λ*(L_grav_sel/D)*ρg*v_act²/2,Pa,0.04,重力段沿程摩擦阻力,沿程阻力公式,沿程阻力系数λ≈0.02

94,旋流段总压降,ΔP_cyc_t,计算值,ΔP_cyc_t=ΔP_cyc,Pa,9891.77,旋流分离段总压降,旋流器设计手册,多管并联压降相同

95,丝网段总压降,ΔP_mesh_t,计算值,ΔP_mesh_t=ΔP_mesh,Pa,0.31,丝网除沫段操作压降,HG/T21586-1998,

96,出口动能及出口损失,ΔP_out,计算值,ΔP_out=ξ_out*ρg*v_g_out²/2,Pa,539.80,气体流出分离器出口损失,局部阻力公式,出口阻力系数ξ≈1.0

97,分离器总压降,ΔP_total,计算值,ΔP_total=各段压降之和,Pa,11697.08,分离器进出口总压降,叠加原理,

98,总压降换算,ΔP_total_kPa,计算值,kPa=Pa/1000,kPa,11.70,换算为千帕便于判读,单位换算,

99,总压降校核,dp_check,判断值,"IF(ΔP_total<=50000,""满足"",""不满足"")",判定,满足,校核总压降是否≤0.05MPa设计要求,设计技术要求,压降过大将增加运行能耗

十、内件与附件选型计算,,,,,,,,,

100,丝网除沫器类型,mesh_type,选用值,HG/T21586标准型,,SP标准型,丝网除沫器型号,HG/T21586-1998,SP标准型/HP高效型/DP高穿透型

101,丝网除沫器公称直径,DN_mesh,计算值,DN_mesh≈筒体内径,mm,1200.00,丝网除沫器公称直径与筒体内径匹配,HG/T21586-1998,

102,丝网支撑型式,sup_type,选用值,栅板+支撑梁,,格栅支撑,丝网支撑结构形式,HG/T21586-1998,DN>1000mm需加支撑梁

103,丝网降液管数量,n_down,选用值,液量大小,个,2.00,丝网捕集液降落至液相空间的管道,除沫器设计规范,DN≤1200mm设2个，>1200设4个

104,降液管内径,d_down,选