羽叶分离器用于加氢脱硫单元循环氢脱硫塔严重带液问题解决方案

羽叶分离器用于加氢脱硫单元循环氢脱硫塔严重带液问题解决方案
诺卫能源技术（北京）有限公司罗力
最近，有企业咨询其加氢脱硫单元循环氢脱硫塔严重带液，寻求解决之道。

其实，塔顶气相带液严重的问题，不仅在石化行业加氢装置胺法脱硫塔上存在，在低温甲醇洗脱硫塔、焦炉气钛箐钴湿法脱硫塔、LNG项目MDEA脱碳塔、天然气TEG 脱水塔、粉煤气化水洗塔、硫酸磷酸尾气洗涤塔、化工蒸馏塔、闪蒸塔等装置均不同程度存在，严重者塔内跑液超过300升/小时，企业运行成本居高不下。

大家一起来从工艺原因和设备原因进行分析。

先从工艺上看，塔内操作温度波动、压力波动和气体流量波动因素，可以从显示仪表上查证。

温度升高、压力降低，即便压缩机显示的流量不变，塔内实际工况气体体积流速、线速度已经增大，这可是仪表无法直接显示的。

实际上，工况波动往往难免，则需要从设备技术上对症下药加以预防。

再从技术设备工装上分析。

目前，不少行业技术革新很慢，还在沿用上世纪中叶技术，只有近年发展起来的一些新兴行业试图挑战传统行业而采用新技术设备。

多数传统行业企业前述塔系气相采出口气液分离内件，仍然在采用十分简陋的丝网除沫器、筛网除沫器、鲍尔环填料除沫器等分离介质搭桥形成的“孔格”阻挡拦截式分离。

先不说这些内件本身易于腐蚀断碎堵塞过流通道，单就入口原料气携带的包括催化剂破碎颗粒物和反应形成的凝胶质也会堵塞过流通道。

其次，这类传统阻挡拦截式气流除沫分离技术内件，其操作弹性上限为额定负荷110%；而实际运行工况中，由于温度升高、压力降低、气流增速，以及前述因素导致的气流带液量增
加，往往会突破110%额定负荷上限，造成分离内件间或“液涌”，塔内液随气流逃出塔系。

再者，如果塔系出口管线下游设备还设置有分离器，再如果分离器内件与塔内除沫分离内件同属一代设备，分离器只能起到缓冲罐储存段塞流作用，而较难实现对气相中液沫拦截捕集。

我们把视线切换到国内近年新兴行业上，如煤制烯烃、煤制油等新型煤化工项目，其气液分离多采用羽叶式分离技术，又如国外甲醇合成四大工艺包戴维、鲁奇、卡萨利、拓普索，均被推荐或指定采用。

羽叶气液分离技术及设备，较上述传统
分离技术设备体现出的技术经济优势有：1、羽叶分离器属于动力学分离技术，不
是象传统分离技术通过介质表面孔径阻挡拦截方式实现分离，从而其抗堵塞能力很优秀、定量分离能力和效率也很强。

2、不需要备机，分离内件可以在大修期间简
易维护，不需更换新内件，运行成本极低。

3、羽叶气液分离技术，其操作弹性区
间为10%~125%，G50型羽叶叶片专利技术内件操作弹性上限超过额定负荷140%，较上述传统分离技术大幅提升。

4、从内件组态结构上看，气流通过内件组时，分
离下来的液体与分离纯化后的气流分别处于两个独立的流道、且分离后的液体和气体在独立的两个流道中以相互垂直的方向流动，两者不见面、不在形成“二次挟带和返混”；不像传统丝网分离内件分离出来的液滴又如下暴雨般落回上升的气流，被气流重新带回丝网内件进行分离，如此反复。

羽叶叶片专利技术内件结构，决定其性能远优于传统分离技术。

我方已为国内外诸多项目直接或间接提供分离技术方案设计和核心设备制造供货，该设备在中国大型项目上的应用，如中石化中天合创煤制烯烃项目、GE承包的邯钢焦化厂焦炉气改造项目、神华宁煤煤制油项目等，
已有十分成功应用。

国内传统项目数量多、规模也不小，在当下经济技术转型时期，建议国内类似项目业主和设计院，可抓住机会实现技术升级换代，形成我国类似项目新的技术升
级局部工艺包，提升国内技术工装水平，让项目运行更顺畅、运行成本更低、项目更有效益。

欢迎同行共同探讨，多出谋划策，形成我们中国自己更好的工艺技术方案和知识产权。

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包括氢气和合成气在内的洗涤型脱硫塔，液相又分为纯有机型液相体系和含无机盐碱的液相体系。

前者如低温甲醇物系、醇胺合剂物系，系统运行中没有盐碱析出。

后者如氢氧化钠溶液物系、纯碱物系以及添加碱液的有机液。

对于含无机盐碱溶液的物系，挟带无机盐碱溶液液沫的气流在通过脱硫塔顶除沫器内件时，会析出结晶物盐碱颗粒物，对于钛箐钴法脱硫方式还会有粘附性的硫磺析出，这对于传统的孔格拦截阻挡式除沫器如丝网式、纤维式、滤网式、滤芯式除沫器则是大麻烦。

必须采用抗粘附堵塞性能极佳、操作弹性大的羽叶高效除沫除雾分离技术内件。

大家从近年来国内外提供的气体净化工艺包对羽叶高效除沫除雾分离器的推荐选用情况可见一斑。

关于动力学分离技术及其内件设计计算，需要提醒大家如下：
国内外有的厂家也开始模仿采用NOVEL公司的羽叶气液高效除沫除雾分离内件。

但是，羽叶气液高效除沫除雾分离技术，是基于其精准动力学分离系统平台设计技术获得的设计结果和组态形式。

必须根据不同温度和压力工况下的气相组成和平均分子量、基于空气为参照系统的气相比较压缩因子、气相粘度、气相密度、气相流量，以及液相密度、液相粘度、液相表面张力和上限液相流量等流体动力学参数，在其精准动力学分离系统平台设计技术获得的设计结果和组态形式。

同样的工况和工艺数据，非专业公司计算设计得到的结果，与专业的动力学分离技术公司在其动力学分离精准计算设计平台上获得的设计结果，相差很大。

其中最主要的设计计算差异之一，在于其工况下的气相压缩因子差别。

须知，精准可靠的动力学分离技术及其内件，必须通过事先模型平台实验验证。

事前模型平台试验，最安全最易得的气相介质就是空气。

因此，国际上的动力学分离事前模型，都是以空气为介质的系统。

用动力学分离系统平台模型去无限逼近真实工况，就必须将真实工况下的气相以接近大气压下的空气为参照体系，来获得相对于大气压下空气的压缩因子。

这个压缩因子，与手册上查的以理想气体为参照体系的压缩因子值是大不相同的！！
非专业的动力学分离技术公司所采用的压缩因子，就是从手册上查到的理想状态下的压缩因子值。

以此理想压缩因子来计算获得的工况下体积过流速度，与实际工况下通过动力学分离技术内件的体积过流速度有很大差别。

工况下不同过流体积流速得到的分离效率，自然差距很大！企业都抱怨说他们的分离器，分离效果比设计值差得多。

把理想气体压缩因子误以为拟大气压下空气相对压缩因子进行设计计算，是造成国内外公司设计制造出来的分离器，在运行中的实际分离效率与计算分离效率相差很大的原因所在。

即，直接照搬了手册上的理想状态的压缩因子，而动力学分离设计模型中与流速相关的参数转换中的压缩因子是指拟大气压力下的空
气为参照体系的压缩因子！
除了事前动力学分离设计模型中与流速相关的压缩因子出现大错误导致设计
结果出现错误外，再谈内件组态问题。

专业动力学分离技术公司的事前动力学分离计算设计系统平台，准确地讲，只对应一种动力学分离内件基本组态，即内件流道内部几何参数，如流道长度、流道包含的重复分离单元数量、每个分离单元的流道间距、分离单元长度、动量变换角
度、动量变换次数、液相反射收集角度、次级流道液相存储空间尺寸、次级流道抗堵塞尺寸、次级流道抗二次旋流几何尺寸等等，均已经一一对应。

相反，国内外非专业分离技术公司，只顾模仿内件组态外形如百叶窗，而对于流道宽度、流道长度、流道内部参数全然不顾，反正不少设计院和业主都与他们自己一样不懂动力学分离技术，只要外观模仿得相像百叶窗，又为了节省材料降成本，低价中标，其布置的内件间距数倍于标准数据而流道长度只有标准的几分之一，这样仿制的所谓动力学气液除沫分离器，能高效分离运行才怪？！设计院和业主朋友们请甄别。

国内外有的厂家也开始模仿采用NOVEL公司的羽叶气液高效除沫除雾分离内件。

但是，专业人士都知道：单片羽叶产品虽然可以仿制得外表相似，而基于动力学精准分离设计数学模型系统平台是仿制不了的，这是核心！有单独的仿制羽叶，没有羽叶内件对应的动力学精准分离设计数学模型系统平台将成堆的单片羽叶精
准动力学组态用于可靠工业分离运行，就如面前一堆铁板却造不出航空母舰一个道理。

有的业主朋友反馈，他们有的装置上的气液除沫分离内件，从最初采用丝网式，到后来丝网腐蚀支离破碎，再后来换成雪弗龙折流板，都感觉其出口气相中的液滴液沫含量没有多大变化，似乎哪种技术层级的气液除沫分离内件对其除沫分离效果不大。

其实，这些业主朋友们看到的只是表象。

气液除沫分离效果好坏，不仅要看采用的内件型式，更要看其是否通过精准动力学分离设计系统平台获得准确可靠的设计组态结果。

国内除沫器供应商和高校，在5-10年中短期内难以搭建系统的动力学分离计算设计精准平台，多采用“大概加估计”拍脑袋得出的所谓技术方案和造价，没有通过精准动力学分离设计系统平台获得准确可靠的设计组态结果，无法对
气液除沫分离实际运行效果提供准确性和可靠性保障。

业主装置上的气液除沫分离内件，很可能从一开始采用丝网，到后来丝网破碎不用，再后来采用的雪弗龙折流板等，都是“大概加估计”“拍脑袋”出来的方案。

虽然有除沫内件东西放在那儿，但自始至终没有发挥明显除沫分离效果。

有没有都无所谓，也习以为常。

实际上，必要的高效气液除沫分离内件作用十分重要，否则，国内外工艺包也不会在上述节点做出明确的技术要求。

气液分离除沫技术，属于精准动力学分离技术，必须通过精准动力学分离设计系统平台获得准确可靠的设计组态结果，并以此为依据进行内件制造。

并不是选择一种除沫分离内件装进去，就能发挥明显除沫分离效果。

事实上，即便采用最先进的羽叶式高效气液除沫分离内件组，而没有通过精准动力学分离设计系统平台获得准确可靠的组态设计，一样形同虚设！
前两天，与华东某家做蒸发结晶器折流板除沫器企业的工艺技术主管交流，他对折流板的认识让我感觉他家提供给客户的折流板除沫器，很可能没有一例是成功的。

华东某家做蒸发结晶器折流板除沫器企业的工艺技术主管说，如折流板气液分离效果不好，把气流速度降低就好了。

我问他，降到多少气速其分离效果会好？他说，越低越好，0.5米/秒应该可以。

我又问他，是大概加估计、拍脑门出来的吗？他挠挠后脑勺，回答是经验数据。

其实，无论是气液场合采用的分离内件是丝网内件、第一代雪弗龙折流板、叶片内件还是最好的羽叶内件，都属于动力学分离内件，流体动能动量都有上下限阀值约束。

以这位主管经验判断的速度来说吧，密度低的气流，操作允许的速度确实可以高些。

而气速过低，流体微元中的气液两相动能动量差过小，流体微元中的微小液沫不能实现有效碰撞而聚结长大进而实现分离，气液分离过程主要表现为重力沉降分离方式。

而正如大家所掌握的重力沉降分离行业标准中有程式与数据表明其能有效分离的液滴尺寸在数百微米。

如果气速较高，则毫米级别的液滴也分离不下来。

因此，速度过低，折流板的分离效率反倒会加速下降。

这就是高效动力学分离内件存在流体动能动量下限阀值约束的机制原因所在。

而气速过高，会造成分离下来的液体产生破碎飞溅、二次携带分散，大家更明白其原因。

通过讨论，大家明白：无论是丝网、折流板、叶片还是羽叶，并不是如某些人所说的流速越低分离效果越好，这是违背动力学气液分离机制的！既误导自己，又会误导别人的！
上周，去湖北出差，又偶遇一位从事填料生产和销售的民营小老板。

他自称对动力学气液分离技术较了解。

据说，他曾为一家焦化企业脱硫塔提供填料及塔顶除沫器。

填料段塔径3米。

在塔顶除沫段，他让业主把塔径增加到4.2米，并装上了他依葫芦画瓢从一家企业委托其加工的旋流板除沫器图纸拷贝出来的等同尺寸4.2米旋流板除沫器。

结果，运行效果是可以预料的不好，业主要求其在1个月内完成整改。

苦头自然需要业主和自以为是的人自食其果。

吃苦头，需要知道原因：
1、在于业主和仿制企业都不真正了解动力学气液分离技术，不知道这类动力学分离设备和内件需要将完整的工艺物料参数通过精准动力学分离计算设计系统平台上获得准确的内件组态设计方案。

对待动力学分离技术没有科学、严肃、崇敬态度，用“大概加估计”“拍脑门”“走捷径”的惯用手法去对待动力学分离技术，吃苦头是早晚的事。

2、旋流板，虽然属于十分粗燥的预分离除沫器，主要用于除沫要求不高且气流中携带有固体颗粒物和粘性物质的气流预净化场合；但是，其仍然属于动力学气液分离技术，需要将完整的工艺物料参数通过精准动力学分离计算设计系统平台上获得准确的内件组态设计方案。

3、别家企业采用4.2米的旋流板用于气流预净化，是针对其特定工况；4.2米直径的旋流板可用于彼工况，未必适合于此工况。

4、从提供的情况看，填料段塔径3米，除沫段塔径4.2米。

增大塔径就会降低气速，而旋流板动力学气液分离要求气流运行动量和动能须在上下阀值区间。

气流速度、动量和动能小于下限阀值，气液分离就转变成低效率的重力沉降分离，分离效果小于旋流板。

5、4.2米的旋流板制造成本本身不小，再加上除沫段由3米变径到4.2米，头重脚轻加上风阻系数导致的塔体制作成本也上升不小。

考虑再追加更多投资进行除沫器技改的可能性不大，装模作样应付性了事的可能性大。

业主和供应商都自作自受。

各方都需要从中吸取教训。

一种高效可靠的动力学气液分离除沫器，必须存在如下公式：
高效可靠的动力学气液分离除沫器=国际精准动力学气液分离系统平台准确设计+内件正确组态型式+高效内部流道结构的内件！
三者缺一不可！一种技术层级和性能卓越的内件，如果没有通过国际精准动力学气液分离系统平台准确设计确定必须要求的动能动量变换点密度值、二级微流道密度值，以及所规定的正确组态型式，就是废铁一堆。

必须抓住上述三点！
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