丝网除沫器及其在升膜蒸发器中的应用

席金花 东 娟 霍沛君

（宝色特种设备有限公司)

0 引言

丝网分离是一种过滤方法，主要是把液滴从气流中分离出来。丝网不仅结构简单，价格便宜，而且分离效率高。在升膜蒸发器中，液体根据虹吸泵的原理进入加热管加热，然后流入到分离器，在此液体与蒸汽分离开来，且液体通过循环管流回到蒸发器，形成闭路循环。加热管由换热管组成，原料液经预热达到沸点或接近沸点后，由加热室底部引入，为高速上升的二次蒸汽带动，沿换热管内壁边流动边蒸发，在加热室顶部达到所需的浓度，完成液由加热室底部排出，产生的二次蒸汽经设在上部的丝网除沫器除去汽泡、水珠、杂物后成为下一效的热源。可见气液分离效果的好坏直接影响到排出气体的纯度和工作液的损耗。如果分离不好，可能会影响系统下一步工艺并造成工作液浪费，直接影响用户的运行成本。

1 丝网除沫器工作原理及特点

1.1 丝网除沫器的工作原理

如图1所示，当带有雾沫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沿着细丝流至两根丝的交接点。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，直到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，液滴就从细丝上分离下落。气体通过丝网后，基本上不含雾沫。

图1 丝网除沫器的工作原理

1.2 丝网除沫器的特点

丝网除沫器具有比表面积大、重量轻、空隙率大、结构简单以及安装、使用方便等特点。尤其是它具有除沫效率高和压力降小的特点，有利于提高设备的生产效率。丝网对粒径≥3～5 μm的雾沫，捕集效率达98%～99.8%，而气体通过的压力降却很小，只有250～500 Pa。

1.3 丝网除沫器的工艺计算

（1）丝网的液泛气速

丝网的液泛气速 （即丝网操作中的极限气速）可由下式确定：

式中Uf——液泛气速，m/s；

ρL——液滴的密度，kg/m3；

ρG——进口气体的密度，kg/m3；

K——气液过滤器网常数，按表1规定选取。

表1 过滤器网常数K值

（2）丝网的操作气速

通过丝网的速度过低将会使液体滑移通过丝网，并被离开的蒸汽夹带出去；而过高的流速也会携带液体至丝网的顶部，然后由丝网表面再次夹带液体。大多数情况下，当速度为最适宜允许设计速度的30%～100%时，可得到较好的除雾性能。丝网除沫器的操作气速一般按式 （2）进行计算[1]：

式中uG——丝网除沫器的操作气速，m/s。

（3）丝网直径的确定

丝网的使用面积取决于气体的处理量。丝网为圆形时，处理气体所需的流通直径D1按式 （3）计算：

式中Q——气体处理量，m3/s；

D1——丝网直径，m。

2 折流板式除沫器的结构及工作原理

2.1 结构

折流板式除沫器是由大量平行的V形折流板组成的一种气沫分离装置。除沫器中V形折流板组成的弯道引起流体流动方向急剧变化,使具有较大惯性的液滴和固体颗粒与折流板壁碰撞而从流动的气体中分离出来,气体则由于折流板之间构成的流道宽敞而畅通,因而能顺畅通过。这种结构不易结垢,并能无限制地排污,体现出优越的性能。对于特定的工艺要求,折流板的空间、通道的数量、通道拐角的大小和结构、排污沟的个数都是重要的设计参数。

2.2 工作原理

折流板式除沫器有两种基本的分离流动方式：垂直流动和平行逆向流动。垂直流动的结构中，一般在折流板凸起部的与流道垂直方向上设有导流沟装置，可使分离的液体沿其流至装置底部。这种方式能允许更大的工作容量,大量的液滴、固体在第一次撞击时就被排出,接下来的撞击可使其全部消除,从而提高了工作效率,其工作原理如图2所示。

图2 折流板式除沫器的工作原理

3 丝网除沫器与折流板式除沫器相结合及其在升膜蒸发器中的应用

3.1 结构及应用

图3 分离装置

图3所示的是由丝网除沫器与折流板式除沫器相结合的分离装置结构。该台设备 （升膜蒸发器）是由某公司引进的制盐设备之一。在该升膜蒸发器中，分离装置由下部的折流板式除沫器和上部的丝网除沫器组成，料液根据虹吸泵的原理由加热室底部进入加热室，由换热管进行加热蒸发，管外用水蒸气加热。液体汽化后，体积增大千倍或数千倍,密度剧降，在管中心形成一高速上升气流，带动未蒸发的料液沿管壁成高速流动膜向上爬升。液体达到顶部后，沿循环管道进入蒸发室，而具有一定流速的气液混合物便进入分离装置。此时，流体首先与分离装置下部的折流板式除沫器接触，流体流动方向急剧变化,使具有较大惯性的液滴和固体颗粒与折流板壁碰撞而从流动的气体中分离出来，气体则由于折流板之间构成的流道宽敞而畅通，因而能顺畅通过，这样就达到了气液初步分离。然后，气体再经过上部的丝网，将其带走的液滴进一步进行分离。经过双重分离后，气体基本上不含雾沫，从而保证了气体所需的纯度。此外，在该升膜蒸发器中，还分别在分离装置上、下部位设置了冲洗管，可定期对其进行清洗，防止丝网堵塞，增加阻力。3.2 设计带丝网的分离装置应掌握的几个要点

（1）丝网需水平放置

丝网必定是平放的，这样可以获得最佳的排液条件。

（2）丝网形式选用

丝网的形式分为上装式和下装式两种。该升膜蒸发器人孔设在下方，故采用下装式丝网。

（3）丝网材质确定

丝网材料有 304、304L、316、316L、Q235A等材质，应根据实际工艺要求选用合适的材质[2]。该设备丝网材料选用316L。

（4）丝网厚度H的确定

根据除沫效率要求确定丝网厚度，一般选用厚度H=150 mm的丝网。如果除沫要求不高，也可选用H=100 mm的丝网。该升膜蒸发器中，对除沫效率要求较高，因此选用H=150 mm的丝网。通常，通过丝网的压力降比较小，厚度H为100 mm和150 mm的丝网除沫器的压力降约为2.5 Pa，这对于工艺操作来说，基本可忽略不计。

（5）装设栅条或压环

在系统中，当蒸汽产生大的波动或脉冲时，丝网趋于被向上吹起，因此需设横穿丝网顶部的固定栅条或压环。当丝网直径超过300 mm时，因丝网材料本身不能支撑其重力，故需在丝网下部装设支撑栅条或支撑环。

（6） 方便拆装

分离装置应设计成丝网拆装容易、清洗方便的结构。如果工作液不洁净，时间长了丝网容易堵塞。丝网堵塞后会严重影响分离效率，因此需定期对丝网进行清洗与维护。

4 结束语

本文介绍了将板式分离与丝网分离相结合的丝网分离装置，实现了优势互补，扬长避短，在较大分离负荷范围内保证了高的分离效率。这种分离装置可成为升膜蒸发器中气液分离装置的标准配置，可在石化行业中推广应用。

[1] 路秀林，王者相，等.塔设备 [M].北京：化学工业出版社，2002：299.

[2] HG/T 21618—1998丝网除沫器 [S].