气液分离器液体夹带与丝网除沫设计计算书

气液分离器及丝网除沫设计计算,,,,,,,,,

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、基础设计参数录入,,,,,,,,,

1,操作压力,P,设计值,输入,MPa(g),1.60,分离器正常运行表压,HG/T20570-1995,最高操作压力1.8MPa

2,操作温度,T,设计值,输入,℃,40.00,分离器正常运行温度,HG/T20570-1995,最高操作温度60℃

3,气相体积流量,Q_g,设计值,输入,m³/h,10000.00,操作工况下气相体积流量,工艺设计条件,操作弹性60%~120%

4,液相体积流量,Q_l,设计值,输入,m³/h,50.00,操作工况下液相体积流量,工艺设计条件,操作弹性60%~120%

5,气相密度,ρ_g,计算值,由组成P-T计算,kg/m³,12.50,操作条件下气相密度,热力学计算,标准状态密度1.29kg/m³

6,液相密度,ρ_l,计算值,由组成P-T计算,kg/m³,850.00,操作条件下液相密度,热力学计算,典型烃类液相密度

7,气相粘度,μ_g,查表值,物性手册查取,Pa·s,0.00,操作条件下气相动力粘度,化工物性手册,20℃常压为1.8e-5Pa·s

8,液相粘度,μ_l,查表值,物性手册查取,Pa·s,0.00,操作条件下液相动力粘度,化工物性手册,水20℃为0.001Pa·s

9,气液界面张力,σ,查表值,物性手册查取,N/m,0.03,操作条件下气液界面张力,化工物性手册,常温水为0.072N/m

10,要求出口液滴含量,C_out,设计值,输入,g/m³,0.01,出口气体最大允许液滴含量,工艺要求,一般化工≤0.01g/m³

11,最小分离液滴直径,d_min,设计值,输入,μm,5.00,丝网需分离最小液滴直径,HG/T21618-1998,标准丝网可分离≥5μm

12,允许分离器总压降,ΔP_allow,设计值,输入,kPa,2.00,系统允许最大总压降,工艺系统要求,丝网段压降通常≤1kPa

二、分离器筒体直径计算,,,,,,,,,

13,Souders-Brown系数,K,选用值,根据分离类型选取,m/s,0.11,沉降段K值，丝网段取0.107~0.12,GPSA工程数据手册,无丝网取0.03~0.07

14,气相最大允许表观流速,v_max,计算值,K*SQRT((ρ_l-ρ_g)/ρ_g),m/s,0.88,Souders-Brown最大允许气速,GPSA工程数据手册,超过将发生液泛

15,设计气速安全系数,S_v,选用值,考虑操作波动选取,无量纲,0.80,设计气速与最大气速比值,工程设计经验,通常0.7~0.85

16,设计表观气速,v_design,计算值,v_max*S_v,m/s,0.70,实际采用设计表观气速,工程设计规范,保证120%负荷不液泛

17,计算筒体截面积,A_calc,计算值,Q_g/(3600*v_design),m²,3.96,计算所需流通截面积,流体力学公式,流量单位转换

18,计算筒体内径,D_calc,计算值,SQRT(4*A_calc/PI()),m,2.25,理论计算内径,几何计算公式,向上圆整到标准DN

19,选用筒体内径,D,选用值,按压力容器标准圆整,mm,1600.00,标准DN系列内径,GB/T9019-2015,标准DN：1400/1600/1800/2000

20,筒体实际截面积,A_actual,计算值,PI()*(D/1000)^2/4,m²,2.01,实际流通截面积,几何计算公式,用于校核气速

21,实际操作表观气速,v_actual,计算值,Q_g/(3600*A_actual),m/s,1.38,实际表观流速,流体力学公式,需小于最大允许气速

22,120%负荷下实际气速,v_120,计算值,1.2*v_actual,m/s,1.66,最大负荷表观气速,操作弹性校核,校核120%负荷液泛

23,气速校核判定,Judge_v,判断值,"IF(v_120<v_max,""满足"",""不满足"")",-,不满足,校核最大负荷气速,工程设计准则,不满足需加大直径

三、重力沉降段设计与计算,,,,,,,,,

24,重力段分离液滴直径,d_g,设计值,重力沉降液滴直径,μm,100.00,重力段分离最小液滴直径,分离工程设计,重力段分离≥100μm液滴

25,液滴雷诺数,Re_t,计算值,d_g*v_t*ρ_g/μ_g,无量纲,350.00,沉降雷诺数判断流型,流体力学,过渡区2<Re<500

26,重力沉降速度,v_t,计算值,0.153*g^0.71*d_g^1.14*(ρ_l-ρ_g)^0.71/(ρ_g^0.29*μ_g^0.43),m/s,0.16,Allen区终端沉降速度,分离工程,过渡区适用公式

27,雷诺数校核,Re_check,计算值,d_g*v_t*ρ_g/(μ_g*1e6),无量纲,16.58,校核雷诺数范围,流体力学,验证Allen公式适用性

28,重力沉降段高度,H_settle,选用值,根据停留时间确定,mm,1200.00,入口到丝网底部高度,工程设计经验,通常取1~1.5倍直径

29,液滴沉降停留时间,t_settle,计算值,H_settle/(v_t*1000),s,7.54,液滴沉降到液面时间,重力沉降原理,需小于气相停留时间

30,气相停留时间,t_gas,计算值,A_actual*H_settle*3600/Q_g,s,868.59,气相通过沉降段时间,停留时间准则,通常要求≥3s

31,停留时间校核判定,Judge_t,判断值,"IF(t_gas>t_settle,""满足"",""不满足"")",-,满足,校核停留时间充足,重力分离准则,保证大液滴沉降

32,重力段液体夹带量,Entrain_g,计算值,1.2e-4*(v_actual/v_max)^3.2,kg/m³,0.00,重力段出口夹带液量,GPSA关联式,经验公式计算

33,重力段出口液滴含量,C_grav,计算值,Entrain_g*1000,g/m³,0.52,重力后剩余液滴含量,单位换算,丝网入口液滴浓度

四、丝网除沫器选型计算,,,,,,,,,

34,丝网类型,Type_mesh,选用值,标准/高效/高穿透型,-,标准型,SP标准型丝网,HG/T21618-1998,标准型最常用

35,丝网材料,Material,选用值,按腐蚀性选择,-,304不锈钢,常用304/316L/PP/PTFE,HG/T21618-1998,无腐蚀选304

36,丝网丝径,d_wire,选用值,标准丝径,mm,0.23,金属丝径0.1~0.28mm,HG/T21618-1998,细丝效率高易堵塞

37,丝网比表面积,a,查表值,样本查取,m²/m³,360.00,单位体积丝网表面积,HG/T21618-1998,标准型350~400

38,丝网空隙率,ε,查表值,样本查取,无量纲,0.98,丝网空隙体积比例,HG/T21618-1998,金属丝网0.97~0.98

39,丝网密度,ρ_mesh,查表值,样本查取,kg/m³,168.00,单位体积丝网质量,HG/T21618-1998,标准型150~180

40,丝网段York系数,K_mesh,选用值,丝网Souders-Brown系数,m/s,0.12,丝网允许气速系数,York-1954公式,标准推荐0.107

41,丝网最大允许气速,v_mesh_max,计算值,K_mesh*SQRT((ρ_l-ρ_g)/ρ_g),m/s,0.94,丝网最大操作气速,York公式,超过会液泛夹带

42,丝网设计气速,v_mesh,计算值,v_actual,m/s,1.38,丝网实际操作气速,连续方程,丝网充满筒体截面

43,丝网气速校核判定,Judge_vmesh,判断值,"IF(v_mesh<0.9*v_mesh_max,""满足"",""不满足"")",-,不满足,校核气速不超90%允许值,HG/T21618-1998,留10%安全余量

44,丝网直径,D_mesh,计算值,D,mm,1600.00,丝网直径同筒体内径,HG/T21618-1998,DN≥1000上装式

45,丝网有效流通面积,A_mesh,计算值,PI()*D_mesh^2/4e6,m²,2.01,丝网通气截面积,几何计算,与筒体截面积相同

五、丝网厚度与压降计算,,,,,,,,,

46,丝网初选厚度,H_mesh,选用值,标准厚度系列,mm,150.00,标准厚度100/150/200mm,HG/T21618-1998,常用150mm

47,丝网雷诺数,Re_mesh,计算值,d_wire*v_mesh*ρ_g/(μ_g*1000),无量纲,331.00,基于丝径雷诺数,Brunazzi公式,用于压降计算

48,干丝网阻力系数,f_dry,计算值,5.5*(1-ε)/Re+0.4*(1-ε)/Re^0.15,无量纲,0.00,清洁丝网阻力系数,Brunazzi-Paglianti,考虑丝网结构

49,干丝网压降,ΔP_dry,计算值,f_dry*H*a*ρ*v^2/(2e6),kPa,0.00,无液时丝网压降,Brunazzi公式,通常0.1~0.3kPa

50,湿丝网持液量,h_l,计算值,0.12*(v/v_max)^2.3,无量纲,0.29,丝网持留液体分率,Brunazzi关联式,气速越高持液越多

51,湿丝网阻力系数,f_wet,计算值,f_dry/(1-h_l)^3,无量纲,0.01,持液后阻力修正,多孔介质流动,液膜增大阻力

52,丝网操作压降,ΔP_mesh,计算值,f_wet*H*a*ρ*v^2/(2e6),kPa,0.01,操作时总压降,Brunazzi公式,通常≤1kPa合格

53,120%负荷压降,ΔP_120,计算值,ΔP_mesh*1.2^2.1,kPa,0.01,最大负荷下丝网压降,负荷特性,校核最大工况

54,压降校核判定,Judge_dp,判断值,"IF(ΔP_120<ΔP_allow/2,""满足"",""不满足"")",-,满足,校核压降在允许范围,工程设计准则,预留其他段压降

55,丝网层数,N_layers,选用值,50mm标准网块,层,3.00,每层50mm共3层,HG/T21618-1998,多层叠放无间隙

56,丝网总质量,W_mesh,计算值,A*H/1000*ρ_mesh,kg,50.67,丝网网块总质量,质量计算,支撑结构载荷计算

六、丝网除沫效率计算,,,,,,,,,

57,液滴斯托克斯数,Stk,计算值,d^2*ρ_l*v/(18*μ_g*d_wire*1e6),无量纲,0.59,惯性碰撞分离参数,气固分离理论,Stk越大惯性效率越高

58,惯性碰撞效率,η_imp,计算值,Stk²/(Stk+0.35)²,无量纲,0.39,惯性碰撞捕集效率,Langmuir公式,单丝碰撞效率

59,拦截参数,R,计算值,d_min/(d_wire*1000),无量纲,0.02,液滴与丝径比值,纤维过滤理论,R越大拦截效率越高

60,直接拦截效率,η_int,计算值,1/(1+R)-1/(1+R)²+1/(1+R)³,无量纲,0.96,直接接触捕集效率,单纤维拦截理论,层流绕流适用

61,单丝总捕集效率,η_single,计算值,η_imp+η_int-η_imp*η_int,无量纲,0.97,单丝综合捕集效率,效率叠加原理,惯性拦截协同

62,丝网捕集系数,Σ,计算值,1.5πaHηd_wire/(4(1-ε)1e6),无量纲,0.71,整体捕集能力参数,Coutault公式,综合结构参数

63,丝网穿透率,P,计算值,EXP(-Σ),无量纲,0.49,未被捕集液滴比例,对数穿透定律,P=0.01即1%穿透

64,丝网分级效率,η_mesh,计算值,(1-P)*100,%,50.99,最小液滴除沫效率,效率定义,要求≥99%

65,出口液滴含量,C_out_calc,计算值,C_grav*P,g/m³,0.25,出口剩余液滴含量,质量平衡计算,需小于允许值

66,总除沫效率,η_total,计算值,(1-P)*100,%,50.99,重力+丝网总效率,总效率计算,通常≥99.9%

67,效率校核判定,Judge_eff,判断值,"IF(C_out_calc<C_out,""满足"",""不满足"")",-,不满足,校核出口带液合格,工艺性能要求,不满足加丝网厚度

68,5μm液滴分级效率,η_5um,计算值,代入d=5μm计算,%,99.50,5μm液滴捕集效率,分级效率计算,≥99%为合格

69,10μm液滴分级效率,η_10um,计算值,代入d=10μm计算,%,99.99,10μm液滴捕集效率,分级效率计算,≥10μm基本全脱除

70,二次夹带临界气速,v_carryover,计算值,0.21*K*(σ/(ρ_l*g))^0.25,m/s,0.07,液膜撕裂临界气速,Calvert关联式,操作气速低于此值80%

七、进出口及内件设计计算,,,,,,,,,

71,气相入口管径,D_in,计算值,入口气速15~25m/s,mm,300.00,气相入口管道直径,管道设计规范,入口气速防液面冲击

72,入口实际气速,v_in,计算值,Q_g/(3600*A_in),m/s,39.30,入口管内实际流速,流体力学公式,通常取15~20m/s

73,气相出口管径,D_out,计算值,出口气速15~25m/s,mm,300.00,气相出口管道直径,管道设计规范,与入口可相同略小

74,出口实际气速,v_out,计算值,Q_g/(3600*A_out),m/s,39.30,出口管内实际流速,流体力学公式,通常取15~20m/s

75,液相出口管径,D_liquid,计算值,液相流速1~2m/s,mm,80.00,液相出口管道直径,管道设计规范,防涡流产生

76,入口分布器类型,Type_inlet,选用值,挡板式/切向式,-,挡板式,入口挡板减少冲击,内件设计指南,大直径推荐挡板式

77,入口距丝网高度,H_in_mesh,选用值,入口中心到丝网底,mm,1200.00,保证气体分布均匀,内件设计指南,≥0.8倍直径

78,丝网支撑格栅,Support_grid,选用值,开孔率≥90%,-,工字梁格栅,支撑丝网重量,HG/T21618-1998,梁间距≤300mm

79,丝网压栅,Hold_down,选用值,重量≥50kg/m²,-,扁钢压栅,防止丝网被冲起,HG/T21618-1998,压栅加垫片

八、液位控制段设计计算,,,,,,,,,

80,正常液位停留时间,t_hold,选用值,按流量波动确定,min,5.00,液相缓冲停留时间,分离器设计规范,通常3~10分钟

81,正常液位容积,V_normal,计算值,Q_l*t_hold/60,m³,4.17,正常液位储存容积,停留时间法,缓冲流量波动

82,高液位报警裕量,V_HH,选用值,高报额外容积,m³,0.50,正常到高报容积,仪表控制要求,正常容积20%~30%

83,低液位报警裕量,V_LL,选用值,低报保留容积,m³,0.30,正常到低报容积,仪表控制要求,防止液位过低串气

84,液位段总高度,H_liquid,计算值,V_total/A_actual*1000,mm,2470.22,液位段总高度,几何容积计算,含高低液位范围

85,液相出口防涡器,Vortex_breaker,选用值,十字板式防涡器,-,十字板式,防涡流带气,内件设计标准,液相出口必备

86,液位计接口数量,N_level,选用值,现场+远传,个,2.00,磁翻板+差压液位计,仪表设计规范,两种测量方式

九、分离器整体结构尺寸汇总,,,,,,,,,

87,筒体内径,D_shell,汇总值,前文结果,mm,1600.00,标准筒体内径,压力容器标准,符合直径系列

88,封头类型,Head_type,选用值,椭圆形/碟形,-,椭圆形封头,标准椭圆形封头2:1,GB/T25198-2010,中低压首选

89,封头直边高度,H_head,查表值,封头标准,mm,40.00,椭圆形封头直边,GB/T251