分析天然气净化用旋风分离器气液分离性能

刘伟仝立远张宏斌李兆君

长庆油田分公司第一采气厂第二净化厂内蒙古鄂尔多斯017000

摘要：为了对天然气净化用旋风分离器气液分离性能进行有效评价，应用两种方法进行了实验。本文针对天然气净化用旋风分离器气液分离性能做出了进一步探究，对实验、实验结果进行了详细分析。

关键词：天然气净化；旋风分离器；气液分离性能

天然气气质对压缩机组以及阀门等设备的有序运行非常关键，一些长输管线的上游气田特性为凝析气田等，凝析气为多元组分当中的一种气体混合物，以饱和烃组为组。如果天然气当中，含有的重组分进入到了管道，会因为温度以及压力产生的变化，出现凝析以及反凝析的情况。因为管道当中的内气速比较高，通常气体当中的析出来的液体，在管道当中很难构成相对稳定的连续液相，会引用微笑液滴的方式，在气相中夹带。如果天然气当中，产生了凝析水以及凝析油，液滴以及天然气当中的氯离子以及湿气当中存在的二氧化碳等会结合在一起，这样压缩机叶片便会发生腐蚀，对其使用寿命产生影响，并影响使用安全。此外，如果天然气当中，存在轻烃以及水滴，会使压缩机将干气密封发生失效，从而导致成燃气系统调压器发生堵塞。

1、实验

1.1材料

实验介质为空气，温度为室内温度，压力为大气压。为了对天然气中存在的游离水以及轻烃进行模拟，实验应用的液体为DOS。

1.2实验装置以及分析仪器

实验装置示意图，如图一所示。雾化部分流程图，如图二所示。

图一：实验装置示意图

图二：雾化部分流程图

实验当中，测量的主要参数包括旋风分离器当中的入口气速、粒径分布以及进出口液滴的浓度。旋风分离器当中入口气速，应用皮托管进行测量，进口液滴浓度，可借助液滴雾化系统进行确定，但是难以测量进口液滴的粒径分布。由于从雾化贫嘴出口一直到旋风分离器当中的入口，存在一定的距离，所以从雾化喷嘴当中出来的液滴粒径分布不同于旋风分离器入口[1]。

旋风分离器出口液滴浓度，有两种不同的测量工作，相互印证，这样可使测量精度提升。依照等动采样原理，可采样旋风分离器出口气体。其一，借助高精度玻璃纤维滤膜；其二，利用光学粒子计数器Welas2000。

实验对象为轴向旋风分离器，叶片共有8个。轴向旋风分离器当中的导流叶片，会将轴向气流进行改变，使其成为旋转气流。如果空气雾化喷雾化当中的气液混合气，以非常高的速度，到达分离器，气流中存在的液体颗粒，会因为气体产生离心运动，之后碰到分离器当中的内壁被分离。气体在做向下旋转的过程中，会产生外旋流，到达锥体段之后，会将方向改变，产生内旋流旋转，向上进行运动。被净化的空气，利用轴向旋风分离器当中的芯管，会在旋风分离器逃逸。

2、实验结果以及分析

2.1旋风分离器气液分离效率

结合图三分析，应用滤膜采样称重的形式，可对旋风分离器气液分离效率随着入口液体浓度产生的变化规律进行测量，图中可以明显看出，气速小于8m。S-1的时候，轴向旋风分离器当中的气液分离效率会因为液体浓度的提升，先提升之后渐渐降低，这是由于入口液体浓度如果不太高，将液体的浓度进行增加可以使液滴之间发生碰撞以及产生团聚的作用非常频繁，大滴液的收集便非常容易[2]。如果入口液体浓度的范围变化保持在0.5-1m。S-1的范围当中，分离效率便会随着入口液体浓度提升，出现增加的效果。如果入口液体浓度逐步增长到2m。S-1，会因为气速比较低，一部分液体在导流叶片上聚集。这一部分液体便会在芯管外壁上粘附，之后在新芯管内部流入芯管内部，随着向上的气流，分离出旋风分离器。

图三：入口液体浓度对分离效率的影响

因为入口液体的浓度有所提升，所以会增加芯管当中分离出来的液体浓度便会所提升，这样旋风分离器当中的气液分离效率便会减少。如果入口气速保持在12~24m。S-1旋风分离器当中的气液分离效率，会因为入口液体增大浓度，使增大的速度变快。这于气固分离产生的规律是相同的。在一定入口气速作用下，会增加入口液体浓度，也会增加出口浓度，但是增加出口浓度的速度会小于入口浓度，增加了速度。因此分离效率便会因为入口浓度有所提升而提升，这是由于增大入口浓度之后，液体与液体之间会更加频繁的团聚和碰撞，所以更容易产生大业液滴，加之液膜产生的作用，被甩向分离空间内壁当中的液滴不会在气相中被重新夹带，所以分离非常容易。

2.2旋风分离器气液分离出口粒径分布

实验数据当中已经明确给出了滴液入口的浓度为0.5g。S-3，不同的入口气速环境下，旋风分离器出口液滴粒径的实际分布情况。结合图片进行分析可以得知，旋风分离器出口当中液滴的粒径都不是很大，很多滴液都小于1m以下，出口滴液当中的中位粒径大约在1.3m，较多的出口液体颗粒，其中大约4m的液滴都被移除，这是因为气体离心力产生作用时，会分离大部分滴液，没有被分离的液体，也会因为离心力产生的作用发生破碎，这样形成的液体直径会比较小。

结合实验数据进行分析，给出了入口气速为16m。S-1，入口浓度都为1g。S-3.在这样的情况下，对比分离器气液分离和气固分离出口当中的颗粒粒径分布可知，如果入口气数相同，浓度相同，气液分离出的液滴粒径，会小于气固分离出口粉尘颗粒粒径。当气液发生分离的过程中，出口液滴当中的中位粒径大小为1.3m左右。其中，气固分离出口粉尘颗粒的中位粒径大约在6m。当有气液分离产生时，旋风分离器针对4m以上的捕捉能力会非常强，液滴逃逸出的大部分都小于3m[3]。在气固分离当中，旋风分离器针对10m以上的粉尘颗粒有非常强的捕捉能力，粉尘颗粒逃逸出的大多都是6m以下。所以，与气固分离进行比较，气液分离有着更小的出口颗粒粒径，并且出口质量浓度比较低，分离效率非常高。

3、结束语：

总之，滤膜过滤法以及Welas在线测量法，都能非常精准的对轴向旋风分离器出口当中的液滴浓度进行测量，Welas还可以对液滴的粒径分布进行测量，两种使用方式都可对含量比较低液量的旋风分离器气液分离性能给予精准评价。

参考文献：

[1]梁容真，阎富生，杜圣飞.蜗壳式旋风分离器的分离性能研究[J].五邑大学学报（自然科学版），2019，33（01）：48-52+57.

[2]肖北辰，张鹏飞，刘兆利，etal.高压下旋风分离器进行气液分离的模拟与优化[J].现代化工，2018，38（11）：232-235.

[3]吴小林[1]，熊至宜[2]，姬忠礼[2].天然气净化用旋风分离器气液分离性能[J].化工学报，2010，61（9）：2430-2436.