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压缩机前后置分离器及气液分离器

二、压缩机后置分离器(气液分离器)及超高效复合分离技术

压缩机在石油、化工、冶金、电力、燃气及医药等行业中已广泛应用,为确保压缩机连续稳定的正常工作一般都需对压缩机进行冷却,冷却方式主要有空气冷却及喷液冷却两种方式,对于燃气(如天然气、煤层气、油田伴生气、煤气及沼气等)压缩机喷液冷却为主要手段,冷却液体通常为水或柴油,为确保压缩机冷却效果通常冷却液体的循环量很大,有时每小时高达60~80吨。由于许多燃气压缩机经常工作于偏僻的缺水缺油的山区或遥远的海上,这些冷却液体显得尤为宝贵,因此燃气压缩机设置后置分离器以高效回收冷却液体成为必须。

现有燃气压缩机后置分离器的技术主要包括离心式分离(包括重力沉降及各类旋风分离器)和过滤式分离(包括各类滤芯、丝网除雾器及填料),这类传统的分离器独立使用已经很难满足压缩机对后置分离器越来越高的技术指标,即同时达到过滤精度高、阻力低、适应高效捕集液体及稳定运行周期长等要求。如果仅简单的将各类分离器串联起来使用势必造成很大的成本浪费,所以开发新型燃气压缩机高效后置分离器具有很现实的意义。

目前国内外燃气压缩机后置分离器应用最为广泛的主要为丝网填料分离器,丝网填料分离器具有一次性投资小及结构简单等优点,但其缺点也非常明显:①通常不适合高效捕集液体,因为液体没有明确的粒度(液滴的粒度是变化的或是不定型的),相对于固体颗粒有明确的粒度(通常认为固体颗粒的粒度是定型的)是完全不同的;②丝网填料的过滤精度越高,在处理相同气量的条件下其阻力也越大;③气体中通常还存在少量固体杂质,导致丝网填料需频繁清洗,运行不稳定。

针对气体中含有大量液体需回收及少量固体等杂质需去除的工艺要求,上海ag环亚集团官网 化工科技有限公司解决问题的思路与国内外的方案明显不同,采用的超高效复合分离技术彻底地解决了上述难题,该技术已获得国家专利(专利号ZL201320678903.6),我公司研发的“ZRS系列高效后置分离器(气液分离器)”在国内外有近百套的工业应用实例,创造了分离器连续运行四个月以上不用补充冷却液体的纪录,得到了国内多家知名压缩机企业的认可。

2 压缩机ZRS系列高效后置分离器(气液分离器)

2.1 ZRS系列高效后置分离器(气液分离器)及超高效复合分离技术

上海ag环亚集团官网 化工科技有限公司开发的“ZRS系列高效后置分离器”采用了超高效复合分离技术(如右图所示),“ZRS系列高效后置分离器”具备四重分离效应,即:第一级“重力沉降分离”+第二级“高效旋风分离”+第三级“高效规整填料分离”+第四级“高效深层过滤及液体吸附”。

1) 含有大量液体及少量固体等杂质的气体首先由分离器进气口进入一个大的重力沉降室,由于此时的气体流速突然降低,气体中一些大的液滴及固体颗粒(如50~100μm以上)会因重力而落入分离器下隔板处,这些液体进而通过降液管进入容器底部的液体储罐。

2) 经过预分离的气体随后进入分离器内部的单台或多台旋风分离器,我公司开发研制的EII型高效旋风分离器对20μm的颗粒分离效率高达99%以上(相同条件下旋风除液效果要优于去除固体颗粒),液体通过旋风分离器下部的液体储罐由回流口循环使用,而液体储罐底部沉淀的固体杂质可通过排污口在线排放,采用EII型高效旋风分离器可最大限度地减轻后序精密分离器的工作负荷,从而大大延长精密分离器的检修周期。

3) 高效规整填料分离器是指分离器筒体内置了多层不锈钢波纹规整填料,其过滤精度分别为20μm、15μm、10μm及5μm等多种,相邻的两层不锈钢波纹规整填料沿波纹方向交错放置, 填料的空隙率由下至上逐渐减小,不锈钢波纹规整填料经折波后不仅使有效过滤面积增加,而且由于波峰、波谷的导流汇聚作用更容易使较小的液雾粒子形成大的液滴。这样气流通过填料后,使较大液雾粒子在下层的空隙率很大的填料得到截留,而较小液雾粒子在上层的较密的填料得到捕集,避免了在通常的过滤器中大部分液雾粒子沉积在滤料表面上使其阻力上升迅速的现象。同时该不锈钢波纹规整填料不易腐蚀,因此该分离器分离效果远优于普通的丝网除液器。

4) 高效深层过滤及液体吸附器作为精密净化设备,采用多层结构形式,即设置成多个或单个过滤箱体, 每个箱体内填装具有强吸附能力的特制中空纤维(SZX系列)作为滤料,由下至上按密度(或空隙率)逐步从疏松到致密,这种结构使粒径较大的液滴在下层较粗的滤料得到截留,而粒径较小的液滴在上层的较密的滤料得到捕集,即液滴在多层滤料中呈立体分布状态;同时由于特制纤维的中空或多孔结构, 纤维还具备“吸附”效应, 高效深层过滤及液体吸附器的总净化效率可大于99.999%(备有40余种SZX系列的滤料,可以根据需要任意调整过滤精度)。常见的滤芯式过滤器从原理上属“表面过滤”,而高效深层过滤及液体吸附器属“深层过滤”范畴,相对于滤芯式过滤器,高效深层过滤及液体吸附器的纳污量(容尘量)远大于滤芯或滤管式过滤器(纳污量约高千倍),在捕集相同质量的杂质后,高效深层过滤及液体吸附器的阻力相对来说小得多(原因是中空纤维滤料具有很大的空隙率),因此高效深层过滤及液体吸附器可以确保长期稳定运行而不用检修。此外,特制的中空纤维滤料(属柔性滤料)具有很大的弹性,滤料不会因气量的巨大波动及总阻力的增大而遭到破坏,具备极好的耐受性。即便处理气量在100%的范围内波动,高效深层过滤及液体吸附器捕集效率也不受影响,因此高效深层过滤及液体吸附器的性能非常稳定。高效深层过滤及液体吸附器同时兼有高效率、低阻力、运行稳定可靠、高纳污量(更换滤料的检修周期很长)、高耐受性(滤料不会因受压而损坏)等几个优点,对液体回收利用及保护后系统效果显著。

5) ZRS系列高效后置分离器的总阻力ΔP值是一可变值,其上限是由用户根据实际情况自行决定的。初始时高效深层过滤及液体吸附器的总阻力(即空白阻力)ΔP较小,随着时间的推移,气体中的固体颗粒杂质会越来越多地被捕集,分离器总阻力ΔP会缓慢逐步增加。根据过程计算,在通常情况下,ZRS系列高效后置分离器更换滤料的检修周期可超过壹年以上。滤芯式过滤器由于滤芯遭受较大的压差后很容易造成滤芯报废,其允许的总差压ΔP较小,而高效深层过滤及液体吸附器没有此限制,因此只要不影响输气,总阻力ΔP值可以设定的高一些。

6) 上海ag环亚集团官网 化工科技有限公司在各类新型气固分离技术的开发及理论研究的基础上,应用化工系统工程的基本原理,开发了气固分离系统的设计软件,建立了《CS1/FS1气固分离系统模拟计算程序》。应用CS1模拟计算程序可进行气固分离系统的最优化设计,不仅可以预测单个气固分离装置的各项分离性能,而且解决了气固分离系统如何进行最佳组合的问题,避免了设计上的随意性及盲目性。《CS1/FS1气固分离系统模拟计算程序》已在全国数百套各类气固分离装置中成功应用,取得了显著的经济效益和社会效益。

2.2 ZRS系列高效后置分离器(气液分离器)规格

型号

外形尺寸(mm)

处理气量 Q (m3/h)

筒体直径 D1

底座直径 D2

出口 D3/D4

高度 H

ZRS/0.4k

400

600

100

2300

310~420

ZRS/0.8k

500

700

150

2600

620~840

ZRS/0.8k

600

800

150

2700

620~840

ZRS/1.6k

700

900

200

2900

1240~1680

ZRS/2.1k

800

1000

250

2950

1550~2100

ZRS/2.5k

900

1100

250

3000

1860~2520

ZRS/3.3k

1000

1200

300

3050

2480~3360

ZRS/4.2k

1100

1300

300

3100

3100~4200

ZRS/5.0k

1200

1400

350

3150

3720~5040

ZRS/5.4k

1300

1500

350

3200

4030~5460

ZRS/6.7k

1400

1600

400

3250

4960~6720

ZRS/7.1k

1500

1700

400

3300

5270~7140

ZRS/8.4k

1600

1800

450

3400

6200~8400

ZRS/10.8k

1700

1900

500

3500

7440~10800

ZRS/11.3k

1800

2000

500

3700

8370~11340

说明:
①表内数据以工作压力等于0.8MPa为依据设计,当工作压力大于0.8MPa时,数据会有所不同;
②每套分离器包括液位计壹台、球阀四台及差压计壹套。

2.3 ZRS系列高效后置分离器(气液分离器)技术特点

①极高的液体回收效率:设计总效率可达99.999%以上,能够捕集微米级和亚微米级的雾状液滴,可以满足超高效回收液体的要求。其中高效深层过滤及液体吸附器的过滤精度可以任意调节,备有40余种滤料,最高过滤精度可达0.1μm(高性能膜滤料),并可以根据需要调整组合。

②极好的耐受性:特制的中空纤维滤料具有很大的弹性,滤料不会因气量的巨大波动及总阻力的增大而遭到破坏,高效深层过滤及液体吸附器的耐受性远好于滤芯式过滤器。

③超大的纳污量: 相对于滤芯式过滤器,高效深层过滤及液体吸附器的纳污量(容尘量)远大于滤芯式过滤器, 计算表明其纳污量高出千倍以上。

④极佳的稳定性: ZRS系列高效后置分离器性能稳定,操作及管理方便,装置的检修周期通常在壹年以上。

⑤超强的适应性: 当气体中瞬间含有大量液体进入分离器时, 作为预处理的EII型高效旋风分离器回收液体的作用尤为明显,可适用于极端恶劣的工况条件。如果气相中含有较多的粘稠液相杂质,高效规整填料分离器可有效去除各类粘附性很大的液相杂质。

⑥更宽的操作弹性: 当处理气量在设计处理量的100~150%的范围内波动时,ZRS系列高效后置分离器的净化效率不受影响(仅阻力有变化)。

2.4 ZRS系列高效后置分离器(气液分离器)应用范围

①各种燃气压缩机喷液冷却时对冷却液体的超高效回收;

②燃气(如天然气、煤层气、粗煤气及沼气等)中含有液体时的超净化;

③化工、冶金、能源和环保等领域中,需将气液两相混合物加以分离的场合; 

④适用于气-液固三相条件下,对带压气源超净化处理;

⑤能处理高温条件下对带压气源分离液相及固相的净化。