一种新型高效动力学气液分离叶片的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种新型高效动力学气液分离叶片，主要包括多个间隔分布且并行排列的叶片，每相邻两个叶片之间的间隔构成一条气流主流道，每个叶片均由多个重复单元结构首尾相连组成，所述重复单元结构主要包括一对首尾相连的波峰段及波谷段，在波峰段及波谷段各设置有一个二级液相收集微流道，所述二级液相收集微流道的迎风面上沿竖直方向间隔设置有多个断口。本实用新型将分离叶片二级液相收集微流道断口结构由以往完全开放贯通型结构改进为部分遮盖的间隔性断口结构，并且重复单元结构设置了多个内拐角和多个外拐角，使动力学分离叶片在操作弹性、运行压降、阻垢性能和接纳容量等性能得以提升。
【专利说明】一种新型高效动力学气液分离叶片
【技术领域】
[0001]本实用新型属于气液分离【技术领域】，具体涉及一种新型高效动力学气液分离叶片。
【背景技术】
[0002]在石油炼制、能源化工、天然气处理与输送、海上平台和陆上终端油气开采、余热废热回收、环保等行业领域中，对气流中挟带液体进行高效分离净化和回收处理的工艺技术是必不可少的关键技术。
[0003]目前，国内外不少企业在上述行业领域仍采用网格拦截阻挡式气液分离器，比如丝网式气液分离器、滤料填料式气液分离器、滤网式气液分离器，尤其在绝大多数国内企业项目上采用。其主要不足在于:1)易堵塞，经常更换分离内件，运行维护成本高。随着运行时间增长，网格流道会被气流中粉尘和黏性物质堵塞而失去分离功能，生产线被迫停产置换系统、更换分离核心内件，企业停产损失、运行维护费用高昂、污染物排放增加。2)操作弹性窄，运行压降高。由于网格式分离内件采用阻挡拦截方式实现分离，运行压降达到20kPa，甚至更高，当气流带液质量分率超过额定设计值10%-15%将导致液体在网格上聚集铺展且阻断气相流道，造成分离器内丝网内件整体“腾涌”，分离失效且造成安全隐患。比如，真空蒸馏塔系统，要求压降越低越好、真空度越高越好；冬季环境温度低冷凝效果好，气流中冷凝下来的液体量往往较夏季高出15%甚至更多，丝网式气液分离器经常导致真空蒸馏塔运行十分不稳定，产品合格率低。
[0004]某些国内大化工项目采用国外工艺包，如英国戴维甲醇合成工艺包、美国SD乙烯氧化合成环氧乙烷工艺包等，这些工艺包推荐采用动力学叶片式气液分离器发挥出远超传统网格拦截阻挡式气液分离器的技术经济性能。但目前国内外公司提供的叶片分离内件，应用于无含尘量、不含黏性蜡状物的理想“洁净”气液混合流体中进行气液分离效果较理想；但叶片在动力学微流道结构设置上还存在不少缺陷。
[0005]由于叶片式分离技术不通过网格拦截阻挡方式有效实现气液分离，而是采用流体动力学矢量分离、聚结碰撞、液体表面自由能捕集分离等实现气液分离，不少国外公司和国内少数公司虽探索性测绘制作动力学叶片，但尚未完成验证数据积累和建立计算动力学精准设计模型等真正技术核心，国内外真正掌握该核心技术的人员屈指可数。
[0006]现有技术中，国际著名的叶片分离器技术公司博格斯-曼宁公司在1968年申请的美国专利3.405.511 (详见图1)、北美著名的叶片技术公司阿尔贝塔公司在2013年获得的美国专利8.444.732B2 (详见图2)、某国外公司的简易“单袋”气液除沫叶片(详见图3)以及某国外公司的“双袋”气液分离叶片(详见图4)中，叶片气流主流道(详见图1-图4中11、21、31、41)和二级液相收集微流道(详见图1-图4中12、22、32、42)的“台风效应”空间欠合理性，二级液相收集微流道为纵向全开放贯通式断口(详见图1-图4中13、23、33、43)，对于含有微量粉尘颗粒物和微量黏性蜡状物的非理想“洁净”气液/固混合流体中分离回收液体而言，固液物质会大量进入叶片入口起点端二级液相收集微流道(详见图1-图4中14、24、34、44)，气流在二级液相收集微流道中因动能和静压能交变转换，使分离下来的少量微小液滴易被断口处气流重新带入分离后的主流道气流，导致分离效率下降。另外，这些现有技术在气流主流道和二级液相收集微流道设置一个内拐角(详见图1-图4中15、25、35、45)和一个外拐角(详见图1-图4中16、26、36、46),即主气流经过每一重复单兀结构时只发生两次变角，使得运行压较高、阻垢性能不佳。
[0007]再如，甲醇合成单元循环气，会挟带微量的催化剂破碎颗粒以及反应中形成的低分子石蜡，微量蜡状物与破碎催化剂颗粒物大量进入叶片入口起点端二级液相收集微流道，导致前段分离性能下降。这样，叶片分离器连续运行周期仍待提高、运行维护工作量仍待减轻。
[0008]所以，本实用新型的目的在于实现:1)提升动力学分离叶片抗垢性能，减少特殊工况下粉尘、黏性蜡状物大量进入叶片入口起点端二级液相收集微流道，提升叶片对粉尘、黏性蜡状物耐受性，延长分离叶片连续高效运行周期，减轻运行维护工作量。2)提升叶片二级液相收集微流道抗二次液沫挟带能力，从而相同工况下叶片对气流处理能力得以提升。3)提高主流道处理能力和二级液相收集微流道对液固容纳能力。
【发明内容】
[0009]为了实现上述技术目的，本实用新型通过以下技术方案来具体实现:
[0010]一种新型高效动力学气液分离叶片，主要包括多个间隔分布且并行排列的叶片，每相邻两个叶片之间的间隔构成一条气流主流道，每个叶片均由多个重复单元结构首尾相连组成，所述重复单元结构主要包括一对首尾相连的波峰段及波谷段，在波峰段及波谷段各设置有一个二级液相收集微流道，所述二级液相收集微流道的迎风面上沿竖直方向间隔设置有多个断口。断口间隔排布，保证气流进入叶片主流道后捕集到的任何液膜沿气流流向推进过程中，无一例外都会落入断口，以实现对主流道分离下来的液膜完整捕集收进二级液相收集微流道；断口之间的连接段能部分遮掩二级液相收集微流道，减少粉尘颗粒物和黏性蜡状物大量进入叶片气流入口起点处二级液相收集微流道，以避免造成叶片各段分离效率产生严重差异，提升叶片对粉尘、黏性蜡状物耐受性，延长分离叶片连续高效运行周期，减轻运行维护工作量。这样的断口结构，还能减少进入二级液相收集微流道的气流动能与静压能交变，避免导致原已从气流中分离下来且进入二级液相收集微流道的微小液滴被气流二次挟带离开二级液相收集微流道而再次返混进入净化后的主气流导致分离效率下降；减轻主流道气流量进入二级液相收集微流道中动能与静压能交变转换，也会对降低叶片运行压降作出贡献。与以往完全开放贯通型断口的二级液相收集微流道相比，叶片对气流处理能力得以提升。
[0011]进一步的，所述重复单元结构上设置有多个内拐角和多个外拐角。多个内拐角和多个外拐角的设计，将使气流流动更顺畅，运行压降明显下降。气流在每一重复单元主流道中变向旋转次数提高从而大大提升微小液滴碰撞聚结效率，增大了二级液相收集流道空间容量，同时，弱化二级液相收集流道内气流动能与静压能交变转换现象，降低气流对微小液滴的二次挟带，分离效率得到提升。叶片的每一个重复单元结构中的气流主流道和二级液相收集微流道采用的变角次数越多，气液分离效果越好。
[0012]进一步的，所述断口之间的连接段长度小于断口长度，保证断口有足够的通流面积。
[0013]进一步的，所述断口为两端设置有圆角的长条形结构，断口外侧边缘设置有平滑过渡圆角，使液膜沿气流流向推进过程中能较顺利的通过断口进入二级液相收集微流道。
[0014]进一步的，所述叶片由两片弯制的围板贴合而成，贴合点位于叶片的首尾两端以及波峰段和波谷段的过渡连接处。
[0015]进一步的，所述波峰段及波谷段呈一对“鹤首”形状，即颈部窄小、头部膨大、喙部细锐。经试验验证，这样的结构外形可以提高主流道处理能力和二级液相收集微流道对液固容纳能力。
[0016]进一步的，所述多条气流主流道的宽度均相同。
[0017]本实用新型一种新型高效动力学气液分离叶片，将分离叶片二级液相收集微流道断口结构由以往完全开放贯通型结构改进为部分遮盖的间隔性断口结构，并且重复单元结构设置了多个内拐角和多个外拐角，使动力学分离叶片在操作弹性、运行压降、阻垢性能和接纳容量等性能得以提升，具有表现在:1)提升分离叶片抗垢性能，减少特殊工况下粉尘、黏性蜡状物大量进入叶片入口起点端二级液相收集微流道，提升叶片对粉尘、黏性蜡状物耐受性，延长分离叶片连续高效运行周期，减轻运行维护工作量。2)提升叶片二级液相收集微流道抗二次液沫挟带能力，从而相同工况下叶片对气流处理能力得以提升。3)提高主流道处理能力和二级液相收集微流道对液固容纳能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0019]图1是美国博格斯-曼宁公司美国专利3.405.511叶片构造示意图；
[0020]图2是北美阿尔贝塔公司美国专利8.444.732B2叶片构造示意图；
[0021]图3是某国外公司的简易“单袋”气液除沫叶片构造示意图；
[0022]图4是某国外公司的简易“双袋”气液除沫叶片构造示意图；
[0023]图5是本实用新型一种新型高效动力学气液分离叶片结构示意图；
[0024]图6是本实用新型一种新型高效动力学气液分离叶片轴测图；
[0025]图7是本实用新型一种新型高效动力学气液分离叶片的断口结构示意图。
[0026]图中:
[0027]11、21、31、41、51_ 气流主流道；
[0028]12、22、32、42、52-二级液相收集微流道；
[0029]13、23、33、43、53-断口；
[0030]14、24、34、44、54-起点端二级液相收集微流道；
[0031]15、25、35、45、55_ 内拐角；
[0032]16、26、36、46、56_ 外拐角；
[0033]17、27、37、47、57-中点端二级液相收集微流道；
[0034]18、28、38、48、58_尾点端二级液相收集微流道；
[0035]59-连接段；60_贴合点；61-平滑圆角。
【具体实施方式】[0036]如图5-图7所示，本实用新型实施例所述的一种新型高效动力学气液分离叶片，主要包括多个间隔分布且并行排列的叶片，每相邻两个叶片之间的间隔构成一条气流主流道51，每个叶片均由多个重复单元结构首尾相连组成，重复单元结构主要包括一对首尾相连的波峰段及波谷段，在波峰段及波谷段各设置有一个二级液相收集微流道52，二级液相收集微流道52的迎风面上沿竖直方向间隔设置有多个断口 53，断口 53之间的连接段59长度小于断口 53长度。断口 53为两端设置有圆角的长条形结构，断口 53外侧边缘设置有平滑圆角61。
[0037]—种优选的实施方式，重复单元结构上设置有两对内拐角55和两对外拐角56，即气流在每一重复单元主流道中经过4次变向。两对内拐角55位于波峰段及波谷段的内凹面上，两对外拐角56位于波峰段及波谷段的外凸面上。
[0038]叶片由两片弯制的围板贴合而成，贴合点60位于叶片的首尾两端以及波峰段和波谷段的过渡连接处，二级液相收集微流道52由两片围板包络而成。
[0039]波峰段及波谷段呈一对“鹤首”形状，即颈部窄小、头部膨大、喙部细锐。
[0040]由多个叶片构成的多条气流主流道51的宽度均相同。
[0041]本实用新型一种新型高效动力学气液分离叶片，在使用时，气液混合体流经叶片主流道51，在高速旋转、强烈聚结碰撞以及液体表面张力作用下，液滴及粉尘颗粒被叶片气流主流道51捕集，捕集到的液膜沿气流流向不断推进，直至落入断口 53并收进二级液相收集微流道52中，不断聚集的液滴和颗粒沿二级液相收集微流道52竖直流下，而主气流继续向前推进，这样经过层层聚结、分离，最终完成对气液混合体的高效分离净化。
[0042]需要说明的是，本实施例中所述的内拐角55和外拐角56的位置，是指在叶片重复单元结构中的任何位置；内拐角55和外拐角56的角度，可以是0°到360°中的任何角度值；本实施例中所述的间隔性断口 53，只要形成对二级液相收集微流道的部分遮盖，任何单一、复杂几何形状或面积的间隔性断口，均在本实用新型的保护范围内。
[0043]本实用新型的实施效果:
[0044]在动力学叶片式气液分离技术性能测试中，Rhv Square上限值、叶片运行压降值和二级液相收集微流道垢分布形态往往是评价动力学叶片气液分离性能的重要指标。RhvSquare上限值是对动力学气液分离叶片气流处理能力优劣的综合表征参数,Rhv Square上限值越高，表明该叶片在某规定定量分离效率值下对气流处理能力更高，也相当于在同一气流处理量下叶片抗二次液沫挟带性能更优。在同一分离效率要求及相同测试条件下，叶片运行压降值越低，气液分离叶片流道结构更合理，运行能耗更低。二级液相收集微流道垢分布，则通过测试对象叶片的起点端二级液相收集微流道、中点端二级液相收集微流道(详见图1-图5中17、27、37、47、57)、尾点端二级液相收集微流道(详见图1-图5中18、28、38、48,58)中收集到的粉尘颗粒物质量分布，与参照对象叶片的起点端二级液相收集微流道、中点端二级液相收集微流道、尾点端二级液相收集微流道中收集到的粉尘颗粒物质量分布进行比较分析，垢分布越宽表明叶片对粉尘颗粒物、黏性蜡状物分散性和耐受性能更佳。
[0045]以国际上典型采用的某国外公司产品作为比对参照样，对本案实用新型双效微流道动力学分离叶片进行测试表征。测试数据列于下表1:
[0046]表1:本案实用新型双效微流道动力学分离叶片测试数据表
【权利要求】
1.一种新型高效动力学气液分离叶片，主要包括多个间隔分布且并行排列的叶片，每相邻两个叶片之间的间隔构成一条气流主流道，每个叶片均由多个重复单元结构首尾相连组成，所述重复单元结构主要包括一对首尾相连的波峰段及波谷段，在波峰段及波谷段各设置有一个二级液相收集微流道，其特征在于:所述二级液相收集微流道的迎风面上沿竖直方向间隔设置有多个断口。
2.根据权利要求1所述的一种新型高效动力学气液分离叶片，其特征在于:所述重复单元结构上设置有多个内拐角和多个外拐角。
3.根据权利要求1或2所述的一种新型高效动力学气液分离叶片，其特征在于:所述断口之间的连接段长度小于断口长度。
4.根据权利要求3所述的一种新型高效动力学气液分离叶片，其特征在于:所述断口为两端设置有圆角的长条形结构，断口外侧边缘设置有平滑圆角。
5.根据权利要求1所述的一种新型高效动力学气液分离叶片，其特征在于:所述叶片由两片弯制的围板贴合而成，贴合点位于叶片的首尾两端以及波峰段和波谷段的过渡连接处。
6.根据权利要求5所述的一种新型高效动力学气液分离叶片，其特征在于:所述波峰段及波谷段呈一对“鹤首”形状。
7.根据权利要求5或6所述的一种新型高效动力学气液分离叶片，其特征在于:所述多条气流主流道的宽度均相同。
【文档编号】B01D45/12GK203634967SQ201420018053
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2014年1月13日
【发明者】罗力 申请人:北京诺卫能源技术有限公司