分离器内件设计规则

概述

分离器内件是提升容器分离效率的核心组件，主要包括挡板（Baffles）、堰板（Weirs）、气相内件和液相内件。本规则规定了各类内件的设计要求、选型依据及工程应用准则，适用于石油化工生产过程中气液、液液及三相分离器的内件设计。

挡板设计规则

多孔板挡板用于均匀分配进入的液体，促进层流流动，从而辅助沉降室中两液相的有效分离。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/24481.html

挡板设置要求

• 当进料可能存在液体段塞时，液液分离器应在沉降室全直径设置挡板；三相气液液分离器应从BTL设置至LZA(HH)，以均匀分配流量并防止液体涌动
• 两相或三相分离器通常设置两个镇静挡板，用于分离入口室与沉降室
• 当安装板式组件或其他促进分离的内件时，沉降室上游仅需设置一个镇静挡板
• 挡板孔应均匀分布在整块挡板上

挡板人孔与清洁

• 必要时，挡板应设置人孔（Manways），以便于检查和维护——当无法在容器筒体上设置人孔时尤其重要
• 挡板底部应设置不小于150mm的小开口，用于容器清洁时液体排出

特殊应用

对于高粘度液体，当脱气要求成为容器尺寸的主导控制因素时，可采用多孔挡板/多孔板来减小容器尺寸。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/24481.html

堰板设计规则

水平分离器中通常安装多种类型的堰板，用于分离不同相态。重相被保持在堰的上游侧，堰高设置应使相界面及任何乳化层被控制在堰的上游；重相出口位于该区域且尽可能靠近堰，以最大化停留时间。轻相出口位于堰的下游侧。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/24481.html

溢流堰（Overflow Weir）

• 适用于气/液/液三相分离中轻相流量相对较低、堰下游体积足以容纳轻相流量的工况
• 轻相越过堰板后进入下游独立隔室，该隔室的体积设置应便于液位控制
• 上游沉降区的液位由堰高决定（约为容器直径的75%），停留时间基本恒定，因此不需要气液界面的液位控制
• 适用于气相负荷相对稳定的工况；气相流通面积由堰顶所定义的弦截面积保持不变

重力堰（Submerged Weir）

• 更适用于可能出现段塞（大流量波动）的工况
• 适用于轻相液体流量相对较大、重相和轻相体积分布在沉降室和出口室两个隔室中的情况——整个容器均可用于液相储存，提供较大的液位控制体积
• 分离器内总体液位在堰高上方控制，随段塞到达而变化
• 气相流通面积随分离器内液位变化而改变，类似于两相（气液）分离器

底流堰/双堰（Underflow Weir / Double Weir）

• 当相间界面不明确且不提供直接界面液位控制时，应采用上游底流堰加下游轻相溢流堰组成的双堰结构
• 轻相和重相隔室的体积由各相的体积流量和控制要求决定
• 堰高设置应确保分散带距离底流堰底部和溢流堰顶部分别至少0.2m，且分散带应在两个堰之间垂直居中
• 替代方案：使用集油桶收集轻相（体积占比<5%），重相位于堰下游——适用于分离效率要求较低的工况

撇油设施

• 撇油可通过油撇管实现，要求水室液位恒定（即位于溢流堰上游）
• 当水室液位变化时，可使用浮动撇油器

气相内件设计规则

当重力沉降单独不足以达到所需分离程度时，应采用气相内件来提高分离效率。气相内件通过以下原理促进分离：文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/24481.html

• 惯性碰撞：液滴具有足够质量和动量，从气流中分离并沿直线运动直至撞击容器壁或内件
• 直接拦截：较小的液滴随气流运动，当撞击到内件表面时实现分离
• 扩散：对于<1微米的极小液滴，布朗运动占主导，颗粒以随机方式运动；虽然也可能撞击内件实现分离，但这不是主要分离机理
• 聚结：小液滴相互碰撞形成更大的液滴，从而可通过重力沉降分离；内件促进颗粒间的碰撞
• 离心力：液滴通过离心力被推至器件外壁，再通过上述机理实现分离

金属丝网捕雾器（Wire Mesh Demisters）

• 主要依靠惯性碰撞机理，液滴撞击金属丝网丝材；直接拦截为辅助机理
• 丝网垫内件撞击后发生聚结，较大的液滴穿过丝网落入分离器液相区
• 常用丝网垫为金属丝网结构，也可采用纤维丝网或金属丝与纤维混合结构
• 对于10微米及以上的液滴，典型去除效率可超过98%（具体取决于丝网垫设计和流体性质）

叶片组件（Vane Packs）

• 叶片组件内件采用紧密间距的金属板，通常呈交叉图案布置，形成迂回的流动通道
• 通过惯性碰撞和直接拦截机理实现液滴分离
• 对10微米及以上液滴的去除效率通常为95%~98%

旋流器（Cyclones）

• 旋流器利用高速旋转流产生的离心力将液滴甩向旋流器壁面，液滴在壁面聚结后流入分离器液相区
• 最常见的旋流器类型为轴向流旋流器和逆向流旋流器，两者均基于上述原理工作
• 进液通过旋流元件或切向喷嘴产生旋转运动；逆向流旋流器底部为锥形，可加速旋转运动以增强离心力
• 液相从旋流器底部排出，气相经内外壁之间环隙从顶部排出；轴向流旋流器中气体向上流动，液相通过壁面开孔或器件顶部排出
• 初步设计时，最大K因子建议取0.2 m/s；详细设计应咨询制造商确定各类旋流器的适用K因子

液相内件设计规则

板式组件（Plate Packs）

• 板式组件由一组扁平或波纹形倾斜平行板组成，缩短液滴在离开主体相之前的上升或沉降距离
• 板式聚结器通常仅适用于有效去除30微米以上最小液滴的工况
• 平板在高流速下保持层流状态，但波纹板不易被固体堵塞
• 容器用板式组件应采用错流型设计——即分离产品的流动方向垂直于板式组件内主流动方向，这种设计可高效利用容器体积，从而减小容器尺寸
• 清洁工况下，板与水平面的倾角通常为30°至45°；若含有固体，倾角应更大（通常为60°），以便于固体排出
• 结垢工况下，板间距应至少40mm；清洁工况下板间距可小至10mm
• 选择波纹板而非平板和/或增大板间距可降低结垢风险，但也会降低板式组件的分离效率

技术总结

分离器内件设计需综合考虑分离效率、运行稳定性、维护便利性和流体特性等多方面因素。挡板与堰板是基础分隔元件，金属丝网捕雾器和叶片组件适用于气相分离，旋流器适用于高负荷工况，板式组件则用于强化液相分离。选型时应使内件类型与流体性质相匹配——高粘度流体优先选用多孔挡板，含固体流体应增大板间距和倾角，含沥青质流体应避免使用板式组件。合理的内件设计可显著优化分离器尺寸和性能，降低工程投资和运营成本。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/24481.html 文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/design-criteria/24481.html