姚 玨 范 飛 李鵬飛 石志強(qiáng)

(蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司)

基于Visual Basic的臥式絲網(wǎng)氣液分離器工藝計(jì)算軟件開發(fā)

姚 玨 范 飛 李鵬飛 石志強(qiáng)

(蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司)

針對(duì)臥式絲網(wǎng)氣液分離器手工設(shè)計(jì)存在的效率低、計(jì)算結(jié)果不精確等問題，基于Visual Basic開發(fā)環(huán)境，根據(jù)手算實(shí)例與工程實(shí)踐，開發(fā)了臥式絲網(wǎng)氣液分離器的工藝計(jì)算軟件。應(yīng)用結(jié)果表明：該軟件界面友好、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了分離器的精確高效設(shè)計(jì)。

軟件開發(fā) 臥式絲網(wǎng)氣液分離器 參數(shù)計(jì)算 Visual Basic

臥式絲網(wǎng)氣液分離器是石油化工企業(yè)中最普遍的一種高效氣液分離裝置，可用于氣體壓縮機(jī)出入口的氣液(液滴直徑大于5μm)分離[1,2]，分餾塔頂冷凝冷卻器、氣體水洗塔、吸收塔及解析塔的氣相除霧等，實(shí)現(xiàn)凝液回收與氣相凈化[3]。傳統(tǒng)的臥式絲網(wǎng)氣液分離器是根據(jù)生產(chǎn)工藝條件、依據(jù)HG/T 20570.8-95進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的，這種方法費(fèi)時(shí)、工作量大且容易發(fā)生錯(cuò)誤[4]。另外，在工程設(shè)計(jì)中臥式絲網(wǎng)氣液分離器的工藝計(jì)算需要大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，傳統(tǒng)方法計(jì)算繁瑣，已不能達(dá)到高效設(shè)計(jì)的需求。因此，越來越多的工程設(shè)計(jì)趨向于通過計(jì)算機(jī)輔助完成[5,6]。

Visual Basic是一種基于Windows的簡(jiǎn)單易用的程序編程語言開發(fā)環(huán)境，具有編程簡(jiǎn)單和效率高的優(yōu)點(diǎn)，可節(jié)約大量的時(shí)間和精力，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和速度。為此，筆者將Visual Basic應(yīng)用于臥式絲網(wǎng)氣液分離器的工藝計(jì)算軟件設(shè)計(jì)中，為Visual Basic應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)提供了一個(gè)實(shí)例。

1 臥式絲網(wǎng)氣液分離器的工作過程

臥式絲網(wǎng)氣液分離器的分離過程涉及氣液兩相相互作用，是一種伴隨液滴凝結(jié)、破碎等物理現(xiàn)象的復(fù)雜三維強(qiáng)湍流運(yùn)動(dòng)[7]。其分離過程通常分為3個(gè)階段：第1個(gè)階段為預(yù)分離過程，氣液兩相混合流以一定的速率進(jìn)入臥式絲網(wǎng)分離器，氣體中動(dòng)量大的液滴與入口擋板發(fā)生碰撞，然后利用液滴的自身重力沉降下來[8]，從而將氣液兩相流分成氣體與液體兩部分[9,10]；第2個(gè)階段為二次分離過程，較小的液滴利用自身重力進(jìn)一步分離；第3個(gè)階段為除霧過程，當(dāng)液滴隨氣液兩相混合流通過絲網(wǎng)時(shí)，網(wǎng)格阻礙氣流通過，使氣流改變運(yùn)動(dòng)速度和方向，進(jìn)而引起液滴對(duì)絲網(wǎng)產(chǎn)生沖擊、攔截、布朗擴(kuò)散、重力沉降及靜電吸引等一系列作用，最終使液滴凝聚分離[11]。

2 數(shù)學(xué)模型與計(jì)算方法

臥式絲網(wǎng)氣液分離器在進(jìn)行工藝計(jì)算時(shí)需要確定的參數(shù)有：停留時(shí)間；長(zhǎng)徑比LT/DT，范圍為2～4；可變的液體面積A，以百分率計(jì)，通常初始值為80%；最低液位高度；常數(shù)KG，通常KG=0.107，如果氣流中分離的液滴量比較大則建議KG=0.075，如果在高粘度液體、高壓或高真空環(huán)境中則建議KG=0.060；液相流量VL、氣相流量VG、液相密度ρL和氣相密度ρG。

2.1 直徑的計(jì)算

可變的液體面積A的計(jì)算式為：

A=ATOT-(Aa+Ab)

其中，ATOT為容器橫截面積，氣體空間面積Aa=14%，最小液體面積Ab=6%。

選擇C值(長(zhǎng)徑比LT/DT)時(shí)，需考慮容器的可焊性(壁厚)和可運(yùn)輸性(直徑、長(zhǎng)度)。

將A與C代入即可確定直徑DT：

其中，t為停留時(shí)間。由DT和Aa可得到氣體空間高度a，a的值應(yīng)不小于300mm。如果a<300mm，需用A<80%的數(shù)值再次進(jìn)行直徑計(jì)算。

2.2 接管的計(jì)算

進(jìn)出口接管間的距離LN′的計(jì)算式為：

其中，當(dāng)液滴直徑為350μm時(shí)，R=0.167；當(dāng)液滴直徑為200μm時(shí)，R=0.127。氣液兩相混合流的入口接管直徑應(yīng)滿足：

式中υGL——接管內(nèi)的兩相流速，m/s。

由此可得：

式中Dp——兩相入口接管直徑，m。

任何情況下，較小的氣體出口流速有利于氣液兩相分離。

2.3 液位與液位報(bào)警點(diǎn)的設(shè)計(jì)

容器橫截面積ATOT為：

液體停留1min所占的橫截面積A1為：

A1=VL×1/(60×LT)

由h/DT圖可得Ab/ATOT，并依次對(duì)最低液位(LL)、低液位報(bào)警(LA)、正常液位(NL)、高液位報(bào)警(HA)和最高液位(HL)進(jìn)行計(jì)算，得出相應(yīng)液位值。

2.4 絲網(wǎng)部分的設(shè)計(jì)

絲網(wǎng)部分的氣體流速對(duì)分離器的分離效率具有一定的影響。如果氣體流速過大，氣體將把液滴破碎，并帶出絲網(wǎng)，形成“液泛”狀態(tài)。如果氣體流速過低，由于混合流達(dá)不到湍流狀態(tài)，使許多液滴在穿過絲網(wǎng)的過程中沒有與絲網(wǎng)接觸，從而降低絲網(wǎng)的分離效率。

氣相流量VG的計(jì)算式為：

絲網(wǎng)直徑DG的計(jì)算式為：

式中υG——通過絲網(wǎng)的氣體流速，m/s。

3 開發(fā)工具與程序設(shè)計(jì)流程

臥式絲網(wǎng)氣液分離器在設(shè)計(jì)與計(jì)算過程中參數(shù)較多，這些參數(shù)會(huì)直接影響分離器的分離效率，因此，參數(shù)的選取至關(guān)重要。應(yīng)用Visual Basic進(jìn)行面向臥式絲網(wǎng)氣液分離器的工藝設(shè)計(jì)與程序設(shè)計(jì)，可在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中增加人機(jī)對(duì)話功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)過程參數(shù)的調(diào)用與調(diào)整[12,13]，并在參數(shù)輸入和選擇上都提出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)取值范圍和系列參考，使參數(shù)在選擇和調(diào)用時(shí)有理論依據(jù)，從而有效保證臥式絲網(wǎng)氣液分離器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果的合理性和正確性[12]?；赩isual Basic的程序設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 程序設(shè)計(jì)流程

4 程序?qū)崿F(xiàn)與應(yīng)用

臥式絲網(wǎng)氣液分離器程序中的具體參數(shù)設(shè)置如下：液相流量VL=17.71m3/h，氣相流量VG=4245.16m3/h，液相密度ρL=587.6310kg/m3，氣相密度ρG=14.4351kg/m3。

首先,將已知參數(shù)輸入界面系統(tǒng)(圖2)，其中氣相與液相流量均為相應(yīng)的體積流量。

圖2 參數(shù)輸入界面

然后,進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。在輸入計(jì)算結(jié)果時(shí)，相關(guān)參數(shù)會(huì)出現(xiàn)對(duì)話框，提示確定相應(yīng)值(圖3)。在計(jì)算過程中，如果是合理的計(jì)算，文本框會(huì)顯示計(jì)算合理，并進(jìn)行下一步計(jì)算；如果不合理，會(huì)重復(fù)對(duì)話框，對(duì)參數(shù)進(jìn)行重新選擇修改，直到計(jì)算合理為止。

圖3 相關(guān)參數(shù)輸入界面

最后,輸出數(shù)據(jù)。如果對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果滿意，可將數(shù)據(jù)保存，否則關(guān)掉所有在運(yùn)算過程中彈出的窗口，重新調(diào)整輸入?yún)?shù)值并進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)束后，可以點(diǎn)擊“退出”按鈕退出程序。

Visual Basic已通過臥式絲網(wǎng)氣液分離器的計(jì)算實(shí)例得到驗(yàn)證，所獲得的設(shè)計(jì)結(jié)果合理，程序效率高，操作簡(jiǎn)單，只需輸入相應(yīng)參數(shù)即可獲得結(jié)果。

5 結(jié)束語

筆者開發(fā)的軟件設(shè)計(jì)計(jì)算方法及其基于Visual Basic的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)均具有良好的通用性，所開發(fā)的基于Visual Basic的臥式絲網(wǎng)氣液分離器工藝計(jì)算軟件，省去了傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)大量的繁瑣計(jì)算，節(jié)約了時(shí)間與精力，相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)果更精確、效率更高、設(shè)計(jì)質(zhì)量更高、開發(fā)周期更短。

因此，該臥式絲網(wǎng)氣液分離器計(jì)算軟件有較強(qiáng)的實(shí)用性與良好的參考價(jià)值。由此可見，計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算與設(shè)計(jì)技術(shù)在化工設(shè)計(jì)和其他工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

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ProcessCalculationSoftwareDevelopmentforHorizontalWireMeshGas-LiquidSeparatorsBasedonVisualBasic

YAO Jue, FAN Fei, LI Peng-fei, SHI Zhi-qiang
(LanzhouLSEnergyEquipmentEngineeringInstituteCo.,Ltd.)

TH865

B

1000-3932(2017)02-0184-04

2016-07-29，

2016-08-31)

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姚玨(1988-)，助理工程師，從事煤炭溫和轉(zhuǎn)換、煤化工設(shè)備的研究，yaojueok@163.com。