工艺螺杆压缩机中气液分离系统的设计和应用

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Design and Application of Gas-liquid Separation System in Process Screw CompressorDONG Rong-fang(Shanghai Dalong Machinery Factory Co.，Ltd，Shanghai 20043 1，China)Abstract：The paper mainly introduces the design of gas-liquid separator and its control system in process screw compressor.The sys-tern separate the liquid from the gas mixture and makes the separated liquid circulary injected to the compressor.With the applicationof automation system，the operation of screw compressor is becoming more safe，reliable and economical and practica1。

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-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，在介质气进人压缩机吸气腔时，可以根据介质气的成分以及用户对介质含水量的要求，喷人软水或轻质柴油等冷却液，这就是喷液螺杆压缩机。

喷液螺杆压缩机喷人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人气液分离器分离，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人压缩机，这样就产生了-个循环系统。-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 ，同时冷却液收稿日期：2012-05-28翻2012年06期(总第236期)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。

2 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。

2.1 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。

式中 广 重力加速度 ，m/s- - 快要达到相分离的表面张力系数，J/mpG--气体重度，kg/mp --液体重度 ，kg/m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 0.5～0.3 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20-30 m/s范围内。为了防止周壁处液膜被气流破坏，旋转圈数为 1.5～3圈。若液滴所需的离心分离时间 (从内圈到达外周壁的时间)敲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[9 /(nVs2(pL-pG))]式中 d --分离器中最小液滴直径，in- - 气体的动力粘度，Pa·s/m- - 气层厚度，in- - 螺旋圈数 (1.5～3)厂 气体流速m/s(25-30m/s)- 般认为直径在 5txm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5O ，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。

为了旧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 1～3 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。

式中 K--丝网除沫器常数3 气液分离器结构和计算3.1 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 2mm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- 次分离。

重力沉降：经过-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 I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。简体上配有液位计 ，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、2012年06期(总第 236期)疆辅 机 应液体的流量、密度等参数计算筒体外径及高度。

(1)计算丝网除沫器直径D (m)Ds：0.0188(Odv l式中 p --分离器气体流量 m3/h- - 丝 网除沫器 的气体操作速度 ，m/s(1～3m/s)(2)计算丝网除沫器内简直径D。(m)考虑丝网除沫器支承环的安装固定 ，内筒直径D至少要比 大 100 mm。

(3)确定外筒I直径D (m)考虑安装方便 ，外筒，直径D 需比内筒直径D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) Qr/[1 8OO(D2-D1)Vg2]式中 --气体流速 ，rn/s(25～30m/s)(5)确定外筒 I直径D，(m)D3：0.0188(Qdv )0.5式中 --外筒 I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图 1 2012年o6期(总第236期)1.气体进口2.螺旋分离部分3.内简体4.外简体 I5外筒体I6.重力沉降部分7.液体部分8.液体变送器19.凝液出口1O.液体排出口l1.排污口l2.支脚13.检查 口14.液位变送器215.液位计l6.加液口l7.丝网除沫器18.挡板19.安全阀接口20.设各法兰21.气体出口日L(m)0.0212Q TID；式中 p --分离器液体流量，m /h 液体低液位和高液位控制点之间停留时间min，(-般取 3-4 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人分离器 ，经过分离后的液体通过喷液过滤器后再循环喷人压缩机吸气腔。

首次开车时 ，通过设在分离器的加液 口加人新鲜冷却液，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，-个用于检测冷凝液液位，-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-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)E -.-- 环在设计中只取了下限而忽视了；----- - - -二 O上限。由于气封与活塞杆垂直度-- -- - D 标准是<±0.15 mm，因此我们通0：十字头中心 B：气封盒端 过公式反推可知：该活塞导向环C：活塞远死点时导向环中心 浮动量标准<±1.19 mm。理论上 i图3 导向环磨损导致活塞杆下沉的简图 增加导向环厚度是不影响活塞杆到气封盒右端距离 ：水平径向跳动标准的，同时由于OB：385 mm ：活塞环在活塞中是浮动的，增加 ；气封与活塞杆垂直度标准： 了导向环的厚度不会影响活塞环BD：Lx0.15：0.2025 mm ：与活塞环槽径向热胀余量。理论- - 气缸行程 (m) 上可以增加导向环的厚度 1.19活塞上死点时导 向环中心 mm，为保证活塞导向环有更多到十字头的距离 ：的耐磨时间，只要导向环加厚后OC：2264 mm 不影响活塞杆水平径向跳动量最 ；导向环磨损量等于活塞下 大不超±O.064 mm即可。

沉量 C根据几何原理 4 实施方案BD/A COB/OC 4.1 控制气缸注油量 ；Ac±1.19 mm。 根据理论计算该机新氢缸(新氢缸和循环缸只是缸径 ：的注油量过多 ，因调整注油量 j不同，其余尺寸都-样) 为4～5滴/min(新氢缸)，同时 !从验证也就是说原来的导向 r将该标准制度化。

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。

5 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-些。