丝网除沫器的设计计算

储气—气液分离容器的工艺计算

1.气液分离器的选用

1.1 对湿饱和蒸汽进行气液分离的目的

从气源流入储气罐的蒸汽为湿饱和蒸汽，湿蒸汽中含有一定量的液态水颗粒，这将会对饱和蒸汽的精确计量造成不利的影响。为提高饱和蒸汽中气相质量含率，改善饱和蒸汽的计量精度，需要在储气罐中设置气液分离装置，滤除饱和蒸汽中的液态水颗粒。

1.2 不同类型气液分离器及其适用情况

目前工业当中最常用的共有两种类型的气液分离设备，分别为立/卧式重力分离器和立/卧式丝网分离器。重力分离器通常用于液体颗粒直径大于200m μ的气液分离，对于直径较小的液体颗粒则分离效果较差；而丝网分离器可以有效分离气体中直径大于3m μ～5m μ的液体颗粒。

湿蒸汽中液态水颗粒直径一般在数十至数百微米量级，若采用重力分离器则难以完全滤除，因此宜采用丝网分离器对湿饱和蒸汽进行气液分离。

1.3 丝网除沫器的基本原理

工业中一般用液体颗粒的直径对雾、沫、液滴进行定义，直径<10m μ的液体颗粒称为雾；直径介于10m μ～1000m μ的液体颗粒称为沫；直径>1000m μ的液体颗粒称为液滴。丝网分离器能有效分离气体中直径大于3m μ～5m μ的液体颗粒，因此又称作丝网除沫器或丝网除沫器。丝网除沫器主要构成为一固定安装的丝网组件，由丝网和上下支承栅条组成，具有结构简单、重量轻、空隙率大、压力降小、接触表面积大、除沫效率高、安装操作维修方便、使用寿命长等优点。其工作原理如图所示。

当带有液体颗粒的气体以一定速度上升通过丝网时，由于雾沫上升的惯性作用，雾沫与丝网细丝相碰撞而被附着在细丝表面上。细丝表面上雾沫的扩散、雾沫的重力沉降，使雾沫形成较大的液滴并沿着细丝流至网丝的交接点处。细丝的可润湿性、液体的表面张力及细丝的毛细管作用，使得液滴越来越大，当聚集的液滴大到其自身产生的重力超过气体的上升力与液体表面张力的合力时，液滴就会脱离细丝而下落至容器底部。

丝网除沫器对气体中雾沫颗粒的捕集效率达98%-99.8%，气体通过丝网除沫器后基本上不含雾沫。而气体通过除沫器的压力降却很小，一般只有250-500Pa。

2.丝网除沫器的工艺设计

2.1 丝网除沫器材质及网型的选择

2.1.1网丝材质的选择

丝网材料可采用各种不同的金属或非金属材料，常用的有不锈钢、蒙乃尔合金、镍及镍合金、铜、铝、碳钢、钽、工程所料（聚氯乙烯、聚乙烯）等。

其中304不锈钢是一种应用最广泛的不锈钢材料。它具有成本低、耐高温（可耐受1000C

︒的高温）、耐锈蚀性好的优点，同时对碱溶液及大部分有机酸和无机酸也︒-1200C

具有良好的耐腐蚀能力，非常适宜湿饱和蒸汽环境下使用。因此，选用304不锈钢作为湿饱和蒸汽丝网除沫器的丝网材料

2.1.2网丝网型的选择

根据HG/T 21618—1998标准，丝网除沫器用气液过滤网规格有：SP（标准型）、DP（高效性）、HR（高穿透型）、HP（阻尼性）型四种标准规格。各规格的丝网特性参数如下表所示。

SP气液过滤网DP气液过滤网HR\HP气液过滤网

注：（1）表中数据均为304不锈钢材质金属丝网性能参数

（2）堆积密度：除沫器网块的质量与其所占空间体积的比值

比表面积：多孔固体物质单位质量所具有的内表面积与外表面积之和

空隙率：散粒材料的堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率对湿饱和蒸汽进行除雾，没有对压力损失的严格要求，为尽量将饱和蒸汽中的液体颗粒滤除干净，选用DP高效型过滤网，使用圆形网丝。

2.1.3丝网除沫器网块厚度

丝网除沫器网块的网层厚度分为100mm和150mm两种规格。如气体内雾沫含量较低或除沫要求不高，可采用H=100mm的丝网除沫器；如其体内雾沫含量较高且除沫要求较高，则需采用150mm的除沫器。

为提高除沫效率，采用150mm厚度规格丝网除沫器

2.2 丝网除沫器安装形式的选择

丝网除沫器分上装式和下装式。当人孔位于丝网除沫器的上方时，选用上装式丝网除

沫器；当人孔位于丝网除沫器的下方时，则选用下装式丝网除沫器。

根据储气容器的结构设计，丝网除沫器应安装于人孔上方，因此采用下装式安装结构。 2.3 丝网除沫器尺寸的计算

2.3.1 操作气速的计算

操作气速即气体通过丝网的速度，操作气速应选取适宜。操作气速过底，雾沫在气体中的惯性太小，处于飘浮状态，通过丝网层时雾沫在丝网中飘浮而不能除净；操作气速太高，聚集的液滴不易从丝网中下落，液体充满丝网，使被捕集的液滴又飞溅起来，又被气体夹带走，造成液泛现象，从而降低除沫效率。操作气速与除沫效率的关系如下图所示。

m/s ）

（1）计算液泛速度

液泛速度计算公式为：

g

g L f K V ρρρ-=

式中：f V —液泛速度，即造成液泛现象的最低气流速度，s m / K —气液过滤网常数，与丝网网型有关，可参考下表进行选取

L ρ—3

g ρ—工作温度及压力下，气体的密度，3/m Kg

（2）计算操作气速

求得液泛速度f V 之后，操作气速可用下式进行选择： f g V V )0.1~2.0(= 式中：g V —操作气速，s m /

2.3.2 除沫器直径的计算

丝网除沫器直径的计算，由所需的气体处理量和操作气速有关。圆形的丝网除 沫器，其直径由以下公式计算确定：

g

V Q

D ⨯=

π4 式中：D —丝网除沫器计算直径，m

Q —丝网除沫器的气体处理量，即每秒钟通过丝网除沫器的气体体积，s m /3

g V —操作气速，s m /

丝网除沫器的气液分离效率有两部分构成，分别是直接拦截分离效率和惯性撞击效率。

（1）直接拦截

气体流过丝网结构时,如果气体中的液滴大于丝网结构的孔径,它们将受到孔的拦截而被分离出来。若液滴直接撞击丝网,它们也将被拦截。直接拦截可以收集一定数量比其孔径小的颗粒

单网直接拦截效率计算公式为：

)]2

22(11)1()1ln()1(2[21542

R R R R R R R K u R +--++++-++=αη

式中：4

3

4ln 212--

+-=αααu K εα-=1 ε为丝网孔隙率 w

D d

R =

d 为液体颗粒的平均直径，m ；w D 为丝网丝径，m （2）惯性撞击

液滴在流动的气体中具有质量和速度,所以它具有动量。当气体和它所夹带的液滴通过丝网时,气体将选取阻力最小的通道流过,并且将顺着丝网结构改变方向,即流线发生偏折。因为液滴具有动量,所以较大液滴由于惯性作用仍然向前作直线运动,使位于气流中心或者接近气流中心处的液滴投向或撞击到丝网上而被分离出来。在气液分离中,惯性撞击对粒径大于20 μm 的大液滴所起的作用是比较明显的。

当操作气速小于液泛速度时，单网惯性撞击捕沫效率计算公式为：

K I Φ=η

式中：

K —碰撞系数，w

g g L D V d K μρ182=

Φ为与α和R 相关的参数，对应关系见下表