工艺螺杆压缩机中气液分离系统的设计和应用.docx

工艺螺杆压缩机中气液分离系统的设计和应用董蓉芳（上海大隆机器厂有限公司，上海 200431）摘要：论述了工艺螺杆压缩机中气液分离器的设计及其控制系统，其主要起着将气液混合气中的气体和液体分开，使干气体进入工艺气管网，使分出的液体循环喷入压缩机，引入自动化控制系统后使得该系统更能确保螺杆压缩机运行的安全、可靠和经济实用。关键词：工艺螺杆压缩机；气液分离器；工作原理；结构；设计；控制系统；应用中图分类号：th455文献标志码：bdesign and application of gas-liquid separation system in process screw compressordong rong-fang(shanghai dalong machinery factory co.,ltd，shanghai 200431，china)abstract：the paper mainly introduces the design of gas-liquid separator and its control system in process screw compressor.the system separate the liquid from the gas mixture and makes the separated liquid circulary injected to the compressor.with the application of automation system，the operation of screw compressor is becoming more safe，reliable and economical and practical.key words：process screw compressor；gas-liquid separator；working principle；structure；design；control system；application1 概述工艺螺杆压缩机作为一种可靠性高，适应性 强，维护操作方便的容积式压缩机，在石油化工行业得到了广泛的运用。干式螺杆压缩机，在实 际操作中存在排气温度高、 单级压比低的现象。为了降低压缩机排气温度，同时具有较大的压比及容积流量，使机组运行更加安全可靠，在介质 气进入压缩机吸气腔时，可以根据介质气的成分 以及用户对介质含水量的要求，喷入软水或轻质 柴油等冷却液，这就是喷液螺杆压缩机。喷液螺杆压缩机喷入的冷却液随着工艺气从 排气口排出，排出温度不超过 100 ，经气液冷 却器冷却后进入气液分离器分离，经分离后的工 艺气可以送至工艺管网，而分离出的液体过滤后 可以循环喷入压缩机，这样就产生了一个循环系 统。一般来说工艺气进工艺管网时不允许带有大 量液体，因此气液分离器至关重要，同时冷却液的循环再利用，又起到了节能增效的作用，如能利用现代化的工业技术，使整个系统实现自动化 将会大幅度提高生产效率。气液分离器的原理和方法气液分离器按作用原理分为惯性式、过滤式 和吸附式 3 种。惯性式是基于气体和液体的重度 不同，靠气流急剧降速和改变流动方向而使液体 从气流中分离出来 （重力沉降式），或靠气流的旋 转使液体在离心力作用下甩向四周，向下流到底 部 （离心式）；过滤式是基于气体和液体分子的大 小不同，使气体通过多孔丝网元件，而直径大于 元件孔径的液滴，将在元件表面被过滤出来；吸 附式则是利用液体的粘性，使之吸附在元件填料 的表面，由于这种元件填料容易堵塞，导致运行 过程中压降会逐渐增大，所以喷液螺杆压缩机中 的气液分离器通常不采用吸附式，而是将前二种 方式组合使用。2收稿日期：2012- 05- 28492012 年 06 期（总第 236 期）辅 机 应 用auxiliary application2.1惯性式气液分离器2.1.1重力沉降式气液分离器采用重力沉降式的气液分离器，气流在设备 截面上的速度不应过高，以免干扰液滴的沉降， 或把已沉降下来的液滴重新卷起，而应保证液体悬浮质点能自由沉落。因此，流速不应超过按下式确定的值。被拦截而过滤出来，再利用丝网除沫器内部流道形状及大小的改变，可以使进入其内部的小直径 液滴在惯性力作用下撞击丝网被拦截，并聚结成 大直径液滴被过滤出来。为了尽可能减少气体流过丝网除沫器时的压 力损失和提高分离效率，气体的流速不能太高， 也不能太低。如果流速太高，气体在丝网上部将 把液滴破碎，并带出丝网，形成“ 泛液” 状态； 如果流速太低，达不到湍流状态，使许多液滴穿 过丝网而没有与丝网接触，降低了分离效率。合理的操作速度为允许最大气速的 0.5 0.8倍，如在 13 m/s 的范围内，其分离效率可达 98%以上，最大气速按下式确定。vmax=k(l-g)/g0.5式中 k丝网除沫器常数= g（l-g）/g0.5式中 g重力加速度，m/s2快要达到相分离的表面张力系数，j/m2g气体重度，kg/m3l液体重度，kg/m3为了节约成本，使设备体积不致过分庞大， 重力沉降式的分离器中气流向上的速度，低压级通常取 1 m/s，中压和高压级取 0.50.3 m/s。重力沉降式气液分离器结构简单，阻力小， 但分离效率低，只能分离直径在 75 m 以上的大液滴，所以常用于粗分离。2.1.2 离心式气液分离器由离心力决定的气体切向速度自周边向中心 改变，气体切向速度的最小值是在分离器近壁处， 最大值约在环形空间中部。气速稍高有利于气液分离，但过高则招致中间涡流加剧，反而不利于分离，徒然增加压降，因此合适的旋转气速应在2030 m/s 范围内。为了防止周壁处液膜被气流破 坏，旋转圈数为 1.53 圈。若液滴所需的离心分离 时间 （从内圈到达外周壁的时间） 恰好等于气体 在旋转圈内停留时间，该液滴就是理论上能被完 全分离下来的最小液滴。最小液滴按下式计算气液分离器结构和计算33.1结构工艺螺杆压缩机中的气液分离器采用的是立 式结构，从节能、成本和分离效率等因素综合考虑，采用 3 级分离的组合：螺旋分离、重力沉降和丝网除沫器。见图 1 所示。螺旋分离：在丝网除沫器内筒和外筒 i 及挡板 之间设有螺旋板通道，螺旋板和外筒 i 之间留有 2 mm 间隙。气液混合物从进口管进入螺旋板通道向 下旋转，并形成离心力将气体和液体分开，产生一次分离。重力沉降：经过一次分离的气流进入外筒 ii， 此时的流速急剧下降，气流的流向由下向上转变， 液滴由惯性冲向底部，产生 2 次分离。丝网除沫器：经过 2 次分离的气流向上进入 丝网除沫器，产生 3 次分离。在外筒 ii 的下部的液体部位，设有液位计、液位变送器、排凝液、排液、加液、排污等接口。 筒体上装有液位变送器，它可以根据液位的变化 传输信号给控制系统，从而来控制自动阀组进行排液或补液。筒体上配有液位计，可以方便现场 观察液位情况。筒体上设有加液口，是用于压缩 机开机前给分离器补液，以达到设定的液位。3.2计算按采用的分离方法、合理的操作速度及气体、dmin=9h/（nvg（2 l-g）0.5式中dmin分离器中最小液滴直径，m气体的动力粘度，pas/m2h气层厚度，m n螺旋圈数 （1.53） vg2气体流速 m/s（2530m/s）一般认为直径在 5m 以上的液滴，都可以通 过离心式气液分离器分离出来。2.2过滤式气液分离器过滤式气液分离器中网状分离元件采用的是 丝网除沫器，是用不锈钢丝编制而成。当气液混合物流过丝网除沫器时，大于丝网直径的液滴将502012 年 06 期（总第 236 期）图 1辅 机 应 用auxiliary application液体的流量、密度等参数计算筒体外径及高度。（1） 计算丝网除沫器直径ds(m)ds=0.0188（qg/vg1）0.5式中qg分离器气体流量 m3/hvg1丝网除沫器的气体操作速度，m/s（13m/s）（2） 计算丝网除沫器内筒直径d1 (m)考虑丝网除沫器支承环的安装固定，内筒直 径d1 至少要比ds 大 100 mm。（3） 确定外筒i直径d2 (m)考虑安装方便，外筒i直径d2 需比内筒直径d1 大 100 mm，可根据气体流量适当放大，但要考虑 到节省材料，选用的设备法兰是否合适等因素。（4） 计算螺旋板螺距h（m）h=qg/1800（d2-d1）vg2式中vg2气体流速，m/s（2530m/s）（5） 确定外筒 ii 直径d3 （m）d3=0.0188（qg/vg3）0.5式中vg3外筒 ii 中气体沉降流速，m/s （低压 级 1m/s）（6） 确定气液分离器的高度气液分离器的高度是由液面高度和气体高度 来确定。低液位和高液位之间的距离为h（l m）=0.0212qlt/d23式中ql分离器液体流量，m3/ht液体低液位和高液位控制点之间停留 时间 min，（一般取 34 min）为了使气流不扫过液面而带走液体，液面和气流在外筒 i 转折处的距离不小于 400 mm。另外，气液分离器作为压力容器还须按相关 标准进行强度校核。4气液分离器控制系统常见的喷液内循环系统如图 2 所示，工艺气 与循环液经压缩机排气口排出，通过冷却器冷却后进入分离器，经过分离后的液体通过喷液过滤器后再循环喷入压缩机吸气腔。首次开车时，通过设在分离器的加液口加入 新鲜冷却液，同时通过设在机组进气处的补液口 补液，此时分离器液位开始逐渐上升，当液位达 到系统设定的正常值时，循环液管路的自动阀组 自动打开，循环系统开始运行，而补液管路的自 动阀组自动关闭，加液口手动关闭。当系统运行 较长时间后，分离器中可能会积有越来越多的冷 凝液导致液位超过了系统设定的高报警值时，分 离器的排凝液自动阀组会自动打开，直至液位恢 复到正常值自动关闭；而当循环系统的冷却液消 耗过多导致分离器液位低至系统设定的低报警值 时，补液管路的自动阀组会自动打开补充新鲜的 冷却液，直至液位恢复到正常值。以上提及的系 统设定值均由安装在分离器上的液位变送器发出 讯号来控制自动阀组。分离器上设有双液位变送 器，一个用于检测冷凝液液位，一个用于检测循 环液的液位。分离器底下设有排污口，可以手动 定期排放底下沉积的少量污物。自动阀组是在控制阀的前后各加一截止阀， 然后在截止阀外侧设旁路阀，见图 2 所示。当流 动不稳定或控制阀失灵时，切断控制阀，打开旁 路阀，使压缩机运转继续进行。自动阀组的配置不仅要求操作简单，维护方 便，还得考虑到在恶劣的工况下的使用寿命。在 循环液、补液管路处，液体是经过过滤后的清洁 液体，所以采用气动薄膜调节阀为控制阀，可以（下转第 56 页）512012 年 06 期（总第 236 期）o：十字头中心 b：气封盒端c：活塞远死点时导向环中心图 3 导向环磨损导致活塞杆下沉的简图技 术 改 造technical transformation环在设计中只取了下限而忽视了上限。由于气封与活塞杆垂直度 标准是0.15 mm，因此我们通 过公式反推可知：该活塞导向环 浮动量标准1.19 mm。理论上 增加导向环厚度是不影响活塞杆 水平径向跳动标准的，同时由于 活塞环在活塞中是浮动的，增加 了导向环的厚度不会影响活塞环 与活塞环槽径向热胀余量。理论 上可以增加导向环的厚度 1.19 mm，为保证活塞导向环有更多 的耐磨时间，只要导向环加厚后 不影响活塞杆水平径向跳动量最 大不超0.064 mm 即可。4.2增加导向环厚度为了保险起见，我们保守地 把原活塞导向环 厚 度 只 增 加0.5 mm。向厂家重新订购新的导 向环，其新的厚度为：重整氢8.0 mm；循环氢：10.0 mm。到气封盒右端距离ob385 mm 气封与活塞杆垂直度标准： bd=l0.15=0.2025 mm l气缸行程 （m）活塞上死点时导向环中心 到十字头的距离oc=2264 mm导向环磨损量等于活塞下 沉量=ac根据几何原理 bd/ac=ob/oc ac=1.19 mm。（新氢缸和循环缸只是缸径不同，其余尺寸都一样） 从验证也就是说原来的导向运行效果2011 年 经 过 上 述 改 造 后 ， 该机活塞环及导向环的寿命达 到了 6500 h，已经满足了正常 检 修 周 期 。 最后要指出的 是 ， 该方法只适用对于局部式导向 环结构的压缩机，对于整体式 的，改造难度要复杂一些。 参考文献：1 郁永章. 活塞式压缩机m. 西安： 西安交通大学出版社.5实施方案44.1控制气缸注油量根据理论计算该机新氢缸 的注油量过多，因调整注油量 为 4 5 滴/min （新氢缸），同时 将该标准制度化。作者简介：张钊，工人技师，中油独山子石化公司炼油厂钳工车间，从事维护、维修往 复式压缩机，解决工作中的实际疑难问题。.（上接第 51 页）让电磁阀接受电信号来控制气动信号，使得 o 型切断球阀完成启闭的过程，这样就增加了系统运 行的稳定性。结语上述气液分离系统，根据螺杆压缩机的特点 进行了合理的设计，很好的解决了气液分离效果 以及循环液再利用的问题，大大提高了生产效率， 已广泛地运用在我公司的工艺螺杆压缩机产品上， 确保了机