63- 三相分離器の複合堰キャビティ型新構造設計と従来構造の改修設計に関する検討
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この投稿は最終的にluoli519によって2020年1月4日11時53分に編集されました。気相・液相・水相の三相分離器は、石油化学、石炭化学、石油・ガスの採掘および処理・輸送、プロセスガスの浄化、環境保護などの業界で広く利用されています。しかし、企業は依然として従来の伝統的な構造を持つ三相分離器を使用しており、給料流量の変動やガス・油・水の比率の変化、水相の出口流速の変動といった運転条件の変動時には、分離操作を安定して制御することが難しく、分離効率が急激に悪化する。新型の複合ウェル型三相分離器は、分離効率や運転の安定性、さらにはコストパフォーマンスや運用・保守コストといった面において、従来の三相分離器を技術的にアップグレードする優れた選択肢となっています。皆さん、一緒に議論しましょう。従来の三相分離器の構造設計と、新しい複合ウェル型三相分離器の構造設計との違い、そして構造によって決まる性能上の差異についてです。
ご存知の通り、中国石化や中国石油は河南省に、三相分離器の設計・製造を担当する企業を置いていますが、こうして設計・製造される三相分離器の多くは従来型の構造です。実際の運用においては、運転制御の不安定さや分離効率の大きな変動といった問題が発生する。多くの企業も改善の機会を探している。
この投稿は、2016年12月13日13時07分にluoli519によって最終的に編集されました。ある製造企業では、従来から使用していた従来型の三相分離器が運用中に安定して動作しないという問題があり、新乡にあるフィルター製造業者に助けを求めました。そのフィルターメーカーはオーナーと協議し、元のメッシュ式液液分離インラインを動力学的凝集分離インラインに変更するという新たな案を提案しました。下図は、そのフィルターメーカーの構造図です
しかし、動力学的な分離内部部品の設計構成について、そのフィルターメーカーと発注者は見当がつかず、再びNOVEL社に依頼して設計案を作り直させた。
提供された図から見ると、以下の問題がある。まずは給料口で、入口分配アセンブリとして2本の多孔管が使用されている。しかし、2本の多孔管の配置間隔が狭すぎるため、2つの供給流体が互いに干渉し、液液分離が困難になる。
第二に、セパレーターの内側にある気相出口管の前には、気液のスラッジ除去用の内部部品が設置されていない。気流速度の変動や高い気流速度の条件下では、気流に運ばれる液滴や液沫を、重力沈降だけに頼って理想的に分離することは困難である。気流は多量の液相を巻き込んでセパレーターから漏れ出し、下流の配管に液が溜まり、さらには核心機器の運転に深刻な影響を与え、その結果、後続の気相処理コストが高くなる。
第三に、設置されている動力学的分離用内部部品を見てみると、それは水平な容器の半径方向の断面に配置されており、液滴や泡を含んだ気流も、液液混合流もこの内部部品を通過しなければならない。つまり、気液分離と液液分離の両方をこの動力学的分離用内部部品を使って行おうとしており、一石二鳥を狙っているのである！実際には、動力学的気液分離用インレットと動力学的液液分離用インレットは、インレットの構造が異なるだけでなく、その動力学的な分離原理も大きく異なっている。
この投稿は最終的にluoli519によって2023年9月26日14時57分に編集されました。気液動力学に基づく分離用部品、例えばG50型の羽根状分離部品では、流体がその特別な構造を持つ一次流路および二次流路を流れる際、流体の微小要素の運動量変換による高速回転、凝集成長、ベクトル分離、そして液滴表面の自由エネルギーの捕捉といった手法によって、効率的かつ定量的な分離が実現されます；しかし、流体の微小要素の流速と運動量はあまり小さくてはならず、そうでないと効率的な運動量変換、ひいては効率的な分離を実現することが難しい；流体の微小要素の流速や運動量も過大になってはならず、そうでないと、気流が既に分離された液体を再び清浄な気流の中に巻き込んで散らしてしまい、分離効率が低下する。
一方、G56型の指状フィン式内部部品などの液液動力学的分離内部部品において、効率的な分離が行えるための前提となる流動条件は、流体が層流状態にあることであり、指状の凝集や浅い池を利用した分離といった手法によって効率的な分離が実現される。流体の軸方向流速は0.02m/s未満、あるいはそれよりも低くなければならない。
第四に、液液界面を水平タンクの中心線付近に配置し、隔壁（堰板）の上面も中心線まで揃える。これは明らかに経験的な設計であり、動力学的設計の最適化結果ではない。気液液の三相の比率が異なるため、気液界面や液液界面の位置を計算によって決定する必要がある。これは、気相中の液相が効率的に液液界面に到達し、連続した油相中の分散した水滴が迅速に水相界面に到達し、連続した水相中の分散した油滴が迅速に油相界面に到達するためであり、総合的なバランスを取る必要がある。従来の構造を持つ三相分離器では、油水比や流量の変化、水相出口からの排出速度の変動といった運転条件の変動に直面することが多く、これらが液液界面の位置を変化させ、分離効率に顕著な影響を与える。その結果、実際の運用制御が安定して信頼性を持って行われにくくなる。
最後に、セパレーター内側の油相出口の前には、消泡器ではなく抗渦器を設置すべきである。留意すべきは、渦流防止装置と消泡装置は、構造面でも機能面でも異なり、互いに代替することはできないという点です。破泡器では渦を破壊する効果を得るのが難しい。