RTO催化燃燒設(shè)備系統(tǒng)中常用的除霧沫裝置類型

塔設(shè)備是石油石化、醫(yī)藥、輕工業(yè)、冶金等相關(guān)專業(yè)行業(yè)生產(chǎn)中重要的設(shè)備之一，其性能決定了整個(gè)生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)能力、原料消耗、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品處理及三廢處理等方面，在我們的RTO治理系統(tǒng)中也會(huì)涉及到凈化塔設(shè)備，為提高塔設(shè)備的分離效率，降低物料損失、降低帶水量等，用于分離塔設(shè)備中氣體夾帶的液滴，除沫器成了塔設(shè)備不可或缺的組件之一。
除霧沫技術(shù)是一門相對(duì)較老的科學(xué)，簡(jiǎn)單的撞擊式除沫器早在1939年的一些文獻(xiàn)中得到描述。從氣體介質(zhì)中分離懸浮的液體顆粒，其實(shí)質(zhì)為氣體非均相物系的分離。
首先，我們先來了解一下什么是“霧”和“沫”。
通常利用液滴粒徑的大小來區(qū)分需要去除的霧沫，當(dāng)液滴粒徑<10 μm時(shí)，稱為“霧”，在10 ~1000 μm范圍內(nèi)，稱為“沫”。氣體或者蒸汽中夾帶的液滴粒徑大小取決于液滴的產(chǎn)生機(jī)理、生長(zhǎng)過程以及系統(tǒng)的物理特性。霧沫夾帶一般由三個(gè)基本機(jī)理產(chǎn)生：機(jī)械作用，凝結(jié)和化學(xué)反應(yīng)。
從氣體介質(zhì)中分離霧滴的機(jī)理有：重力沉降、慣性碰撞、離心分離、靜電吸引、擴(kuò)散等，依據(jù)這些機(jī)理，很多企業(yè)和個(gè)人已研制出很多實(shí)用的專利產(chǎn)品。目前關(guān)于除沫器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，繼續(xù)沿用的有《絲網(wǎng)除沫器》（HG/T21618-1998）、《氣液分離器設(shè)計(jì)》（HG/T20570.8-95）及一些機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)可參照設(shè)計(jì)。
目前對(duì)除沫器根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的區(qū)別也有相應(yīng)不同的分類方法，常用的除沫器有慣性式、折流式、旋流板式、絲網(wǎng)式和旋風(fēng)式分離器。下面來分別簡(jiǎn)單介紹一下這五種除沫器：
一、慣性式除沫器：
原理：氣液兩相在曲折通道內(nèi)流動(dòng)，由于氣液兩相密度不同，慣性不同，當(dāng)在轉(zhuǎn)折處時(shí)，氣體因密度小慣性就小，能隨通道內(nèi)的曲線流動(dòng)，而液體的密度大所受到的慣性力就較大，當(dāng)在曲折的通道內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，若在轉(zhuǎn)角處因慣性力的作用會(huì)向前運(yùn)動(dòng)，碰撞在壁面上，從而達(dá)到氣液分離的效果。
舉例說明：慣性式除沫器典型的代表為波紋板式除沫器。
波紋板葉片數(shù)量、結(jié)構(gòu)參數(shù)、排列方式的不同都對(duì)除沫器的分離效率產(chǎn)生很大的影響。波紋板葉片類型眾多，梯形、三角形和圓弧形葉片運(yùn)用較為廣泛。氣液兩相在波紋板內(nèi)流動(dòng)時(shí)可分為平行流動(dòng)和豎直流動(dòng)，平行流動(dòng)時(shí)氣相和液相的流動(dòng)方向相反；豎直流動(dòng)方式除沫效率高，大部分液體在第一級(jí)波紋板內(nèi)就被捕集。
波紋板除沫器主要結(jié)構(gòu)是平行的“W”字型波紋板，液滴撞擊在波紋板的壁面，在重力作用下向下流至收集槽內(nèi)，氣體隨著波紋板做曲線運(yùn)動(dòng)，最后運(yùn)動(dòng)至出口處流出。但是由于出口處氣體不斷流出，壓力低，容易造成二次夾帶現(xiàn)象，降低分離效率。判斷波紋板除沫的兩大衡量因素是壓降損失和分離效率，整體來說波紋板除沫器除沫效率不高、對(duì)于液滴直徑小于 25μm的除沫效率低。由于波紋板除沫器的處理量大、清洗方便、不易結(jié)垢、對(duì)于含雜質(zhì)兩相除沫也適用，能無限除沫，有較大優(yōu)勢(shì)，波紋板除沫器在脫硫塔中安裝較多。

二、絲網(wǎng)式除沫器：
原理：當(dāng)攜帶有液滴的氣液兩相流經(jīng)絲網(wǎng)時(shí)，絲網(wǎng)阻礙了氣流的運(yùn)動(dòng)，使得氣流多次改變運(yùn)動(dòng)速度和方向以繞過絲網(wǎng)繼續(xù)前進(jìn)，氣體運(yùn)動(dòng)過程中，這些改變引起液滴對(duì)絲網(wǎng)產(chǎn)生慣性沖擊、重力沉降、直接攔截、布朗擴(kuò)散以及靜電吸引等作用而使液滴聚集分離。但由于氣體中的液滴質(zhì)量極小，且液滴一般呈現(xiàn)電中性，所以絲網(wǎng)除沫器的分離機(jī)理主要包括：慣性碰撞、直接攔截及布朗擴(kuò)散。當(dāng)液滴與網(wǎng)發(fā)生碰撞被捕集后會(huì)附著在絲網(wǎng)表面，絲網(wǎng)表面上液滴的擴(kuò)散、液滴的重力沉降以及被捕集的液滴對(duì)氣流中其他液滴的粘附作用使液滴形成較大的液滴沿著細(xì)絲流至兩根絲的交接點(diǎn)。絲網(wǎng)的可潤(rùn)濕性、液體的表面張力及絲網(wǎng)的毛細(xì)管作用，使得液滴越來越大，直到聚集的液滴大到其自身產(chǎn)生的重力超過氣體的上升力與液體表面張力的合力時(shí)，液滴就從絲網(wǎng)上分離下落。絲網(wǎng)除沫器適用于粒徑在10-30μm的液滴工況。
絲網(wǎng)除沫器主要構(gòu)成：氣體和液體通過的濾絲網(wǎng)、格柵組成的絲網(wǎng)塊和固定絲網(wǎng)塊的支撐裝置。
絲網(wǎng)為各種材質(zhì)的氣液過濾網(wǎng)，氣液過濾網(wǎng)是由金屬絲或非金屬絲組成。氣液過濾網(wǎng)的非金屬絲由多股非金屬纖維捻制而成，亦可為單股非金屬絲。氣液過濾網(wǎng)的規(guī)格常見的有以下三種規(guī)格：

標(biāo)準(zhǔn)型絲網(wǎng)的分離性能介于高效型以及高穿透型之間，主要用于一般場(chǎng)合即用于沒有特殊要求的場(chǎng)合；高效型絲網(wǎng)分離效率最高，主要用于對(duì)除沫要求較高的場(chǎng)合；高穿透型分離效率最低，但是由于其穿透性好，不易堵塞和液泛，故用于氣速較大或氣體液含量較大的場(chǎng)合。
絲網(wǎng)除沫器結(jié)構(gòu)類型：主要有纏繞式結(jié)構(gòu)以及多層式兩種結(jié)構(gòu)。
①纏繞式結(jié)構(gòu)即用絲網(wǎng)盤卷成所需直徑大小的除沫器，這種結(jié)構(gòu)要求絲網(wǎng)在盤卷時(shí)的波紋交錯(cuò)，且疏密一致，否則易產(chǎn)生氣體短路，影響除沫效果。纏繞式結(jié)構(gòu)僅適用于直徑較小的絲網(wǎng)除沫器，直徑一般在150～600 mm的范圍內(nèi)。
②多層式結(jié)構(gòu)是目前普遍使用的一種結(jié)構(gòu)，它是將絲網(wǎng)一層一層地平平，鋪至規(guī)定的層數(shù)，在網(wǎng)層上下各放一塊格柵，將網(wǎng)層壓至除沫器所需的高度尺寸，
用定距桿和扎絲將其固定為整塊。多層式網(wǎng)塊的形狀和大小，依據(jù)除沫器的直徑而定。多層式結(jié)構(gòu)除沫器的適用直徑范圍較寬，一般在 300 mm～5200 mm
的范圍內(nèi)。
決定絲網(wǎng)除沫器分離效率的重要條件是入口氣液兩相的速度，若氣速低于臨界值，液滴在氣流中呈懸浮狀，慣性力不夠難以撞擊絲網(wǎng)，致使分離效果低；若氣速高于臨界值，容易產(chǎn)生二次夾帶，氣體和液體兩相的分離效果也不理想。目前在氣液兩相分離中使用率最高的除沫器就是絲網(wǎng)除沫器，在化工、石油、醫(yī)藥、機(jī)械、輕工等工業(yè)中均涉及。
三、折流板式除沫器：
原理：氣體夾帶顆粒通過彎折通道時(shí)，慣性大的顆粒容易偏離流體流線，從流動(dòng)的氣體中分離出來而撞擊到彎折通道壁面上被捕集，而氣體則通過折流板間流道完成氣液分離過程，主要形式為折流板型除沫器。除沫器的多折向結(jié)構(gòu)增加了霧沫被捕集的機(jī)會(huì)，未被除去的霧沫在下一個(gè)轉(zhuǎn)彎處經(jīng)過相同的作用而被捕集，多級(jí)折流板反復(fù)作用大大提高分離效率。
折流板除沫器常見的葉片形式：
如下圖所示，按其幾何形狀可分為流線型河折線型，也就是通常所見的圓弧形（a）、梯形（b）、三角形（c）、弧鉤型（d）。

折流板式除沫器內(nèi)的氣液兩相分離流動(dòng)有平行逆向和垂直流動(dòng)兩種基本方式，其中平行逆向流動(dòng)易 造成二次夾帶，降低除沫效率，因此不常采用。
折流板式除沫器最適宜以下幾種情況：
①控制大氣中的煙氣；②消除或減少對(duì)設(shè)備造成腐蝕或阻塞的液滴；③回收有用液體；④為下一步工藝操作提高氣體的純度；⑤從反應(yīng)氣體中分離有害液滴，確保操作安全。
有研究表明折流板式除沫器對(duì)于直徑10μm以上液滴的脫除效率可達(dá)100%，通過優(yōu)化折流板除沫器結(jié)構(gòu) 5-8μm液滴可高效脫除。該類除沫器優(yōu)化的氣速為 2-3.5 m/s，對(duì)于4級(jí)折流板壓降為 2-2.5Pa。折流板式除沫器的壓力降較小，一般隨著折流板間距的減少，折流板方向與氣流方向夾角的增大，氣體速度和密度的增大以及折流板折數(shù)的增加而增大。
四、旋流板式除沫器：
原理：旋流板除沫器為典型的氣液兩相離心分離式原理的除沫器，其分離機(jī)理為：當(dāng)氣體和液滴在旋流腔體內(nèi)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿著旋流器內(nèi)的形狀運(yùn)動(dòng)，隨著向下運(yùn)動(dòng)，旋流器腔體是一個(gè)錐形腔，直徑會(huì)越來越小，氣體和液滴的的角速度增大，所受到的離心力越來越大，液滴直徑較小的會(huì)逐漸向中心聚積最后向旋流器頂部運(yùn)動(dòng)，在頂部收集，液滴直徑較大的液滴由于在自身重力的影響下所受到的離心力較大，被拋在旋流器內(nèi)壁形成液滴流，向底端運(yùn)動(dòng)，最后在底端收集。

構(gòu)成：中部的圓柱體筒狀結(jié)構(gòu)、上下兩部分錐體結(jié)構(gòu)和錐形旋流板構(gòu)成旋流板式除沫器。如上圖所示，處于中間圓柱體筒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的旋流板是除沫的主要部分，一周按照一定傾斜角度和仰角的葉片構(gòu)成了中間的旋流板，當(dāng)氣流穿過旋流板時(shí)經(jīng)過葉片、穿過縫隙，氣流形成旋轉(zhuǎn)氣流，氣體和液體在旋流器內(nèi)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于旋流板式主要靠氣液兩相所受離心力進(jìn)行分離，回轉(zhuǎn)體內(nèi)液滴的離心力可以達(dá)到自身重力的10 倍甚至更高，因此氣流兩相分離效果十分明顯。
如上圖所示：旋流板內(nèi)豎直方向的傾角，徑向傾斜角度，其中豎直方向的傾角、徑向傾斜角度和葉片數(shù)量是旋流板除沫的三個(gè)重要結(jié)構(gòu)參數(shù)。
旋流板除沫器可以將兩相流中液滴直徑為 5-75μm的液滴進(jìn)行分離，對(duì)兩相流進(jìn)口速度非常敏感，適合分離速度較大的氣液兩相，當(dāng)氣流量大時(shí)分離效果明顯，但氣流量較小時(shí)分離不明顯，優(yōu)點(diǎn)是不易堵塞，壓降較小。
五、管柱式旋流氣液分離器
原理：用離心力來分離氣流中的液滴，液體與氣體形成氣液兩相流一起流動(dòng)時(shí)，由于氣液密度差較大，液體受到的離心力遠(yuǎn)大于氣體，所以液體在離心力的作用下被甩出氣體，并附著在分離器壁上，附著在分離器壁面的液滴由于重力的作用向下匯集到一起，通過排放管排出。由于離心力遠(yuǎn)大于重力（大尺寸分離設(shè)備內(nèi)的離心力是重力的5倍，高壓小尺寸分離設(shè)備內(nèi)離心力達(dá)到重力的2500倍），因此離心分離的效率遠(yuǎn)高于重力分離，且其具有停留時(shí)間短、操作靈活、能穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行、設(shè)備體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其成為研究最多的氣液分離方式。

如上圖所示，管柱式離心分離器主要包括三個(gè)部分：①傾斜切向入口；②液相切向入口；③軸向氣相入口。
分離器內(nèi)的氣流的流動(dòng)形態(tài)是雙螺旋流動(dòng)，即氣流沿著壁面做向下的螺旋式運(yùn)動(dòng)到分離器底部后隨即改變方向，沿著漩渦中心做向上的螺旋式運(yùn)動(dòng)。氣流在分離器內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)速度可能達(dá)到入口速度的幾倍。
氣液兩相流由切向入口進(jìn)入分離器并發(fā)生旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，氣液兩相流在離心力、浮力和重力的共同作用下得以分離，經(jīng)過分離后的氣相和液相分別從垂直圓柱管的頂部和底部排出。分離過程是密度大的液體在離心力的作用下被甩向器壁并沿壁面下流，密度較小的氣體到達(dá)漩渦中心形成上升氣流，因此實(shí)現(xiàn)分離的必要條件即是液滴到達(dá)器壁的時(shí)間和氣泡到達(dá)中心氣核的時(shí)間均小于氣液兩相流出分離器的時(shí)間。
離心分離器適用于大部分氣液分離，尤其適合處理較干凈的氣體，其主要具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①性能穩(wěn)定；②維護(hù)費(fèi)用低；③重量輕，體積??；④相比于其他傳統(tǒng)分離器，制作成本低。
但是，離心分離器在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用并不十分廣泛，主要是因?yàn)椋孩賹?duì)速度十分敏感，分離效率隨著速度的下降而降低；②相比于其他傳統(tǒng)的分離器，其要求的壓降較大。
即便如此，由于具有投資費(fèi)用低、體積小、自動(dòng)化程度高以及性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，管柱式旋流氣液分離器廣泛應(yīng)用于地面和海上油氣分離、井下分離和天然氣輸送等操作過程中，在我們的RTO治理系統(tǒng)中一般不常用管柱式分離器。
綜上我們可以了解到，波紋板式除沫器主要針對(duì)于液滴直徑大于25μm的工況，絲網(wǎng)除沫器主要針對(duì)于10-30μm的液滴工況，折流板式的一般可脫除10μm以上的液滴工況，優(yōu)化后的可對(duì)5-8μm的液滴進(jìn)行除濕，旋流板式的可對(duì)5-75μm的液滴工況，而管柱式分離器受流速和管柱直徑，時(shí)間等因素的影響，分離液滴的直徑范圍也較廣，一般在40-150μm。YIHEAC的工藝工程師們?cè)诿總€(gè)治理項(xiàng)目的過程中嚴(yán)格把控進(jìn)入RTO治理流程中廢氣的帶水量，根據(jù)廢氣介質(zhì)本身的理化性質(zhì)來針對(duì)性選材，根據(jù)氣體工況因地制宜的選擇適合的除霧沫裝置的類型。
來源：環(huán)保