應用于MVR熱泵系統的氣液分離器優化研究

李卓坪，吳小華，侯　超

應用于MVR熱泵系統的氣液分離器優化研究

李卓坪1，吳小華1，侯超2

（1.科盛環?？萍脊煞萦邢薰?，江蘇南京 211500；2.中國科學院大學，北京 100049）

采用經過優化改造后的氣液分離器對MVR壓縮機進氣進行分離實驗，結果表明：改造后分離器汽量下降約85%～95%，冷凝水中氯離子含量＜5mg/L；可以實現分離去除大于5～7μm的顆粒，分離效率達到98.5%以上，使進入壓縮機內的蒸汽的液滴夾帶最小從而保證壓縮機的正常運行和冷凝水回用質量。

MVR熱泵；氣液分離器；優化

機械蒸發再壓縮（MVR）熱泵技術是目前比較先進的技術，具有低能耗，無需額外加熱源；預熱簡單；投資費用適中；負荷調節簡單；易于模塊化，有利于擴大生產容量等優點。MVR用以處理高濃度含鹽廢水，可以分離或回收廢水中全部鹽分并排出較為清潔的冷凝水，處理工藝徹底。因此，該技術符合我國目前節能減排的技術要求，被認為是一項具有潛力的“零排放”的技術，對于降低能源消耗、回收鹽分資源、減小污水排放具有重要意義。由于壓縮機吸氣中可能含有一些如固體顆粒、水、油等有害成分，會對壓縮機內部產生腐蝕和破壞，或對特定的生產工藝或流程產生嚴重影響［1］。因此，必須通過分離器等裝置除去壓縮氣體中的有害成分，以達到GB/T13277.1—2008《壓縮空氣第1部分：污染物凈化等級》的規定，進而保證壓縮機裝置長周期連續安全高效地運行。因此氣液分離器設計須重點考慮其分離效率。

氣液分離器是工業過程中機械分離單元的重要組成部分，在現有技術中，分離方法有多種常用方法，如重力沉降法、慣性撞擊法、離心分離法、過濾法等。由于設計的不同，每一種分離方法，都有其設計結構特點及差異，造成各種分離方法在性能、成本和維護費用以及運行周期上都有所不同，本文擬通過優化實驗，設計出一款分離效率高，成本和維護較為簡單低廉的高效氣液分離器。

1　設計方案

1.1設計目的

針對MVR壓縮機的安全運行性能要求，克服現有技術的缺陷，提供一種綜合運用多種分離方法，提升氣液分離器的性價比和分離效果，目的是分離去除大于5～7μm的顆粒，分離效率達到98.5%以上的一種高效氣液分離器，使進入壓縮機內的蒸汽的液滴夾帶最小化而保證壓縮機的安全運行。

1.2主要結構

氣液分離器，包括設備筒體、帶絲網除沫器的分離內芯、折板、折板支撐板、進氣口、上封頭及出氣口、外部支腿等，帶絲網除沫器的分離內芯設在筒體的頂部，分離折板（水平45°，間距15mm）設在絲網除沫器與底部隔板之間，進氣口設在分離器錐形筒與隔板之間的設備筒體的側壁上，分離內件設在設備筒體內內筒的上方［2］。裝置的主要結構參照圖1。

1.3試驗過程

從蒸發室出來的液體通過進液管道進入該氣液分離器中，由于離心力的作用，首先進入離心分離階段，液體沿筒壁旋轉下降進入出液口；蒸發氣泡由于負壓存在從液體中析出上升，進入慣性碰撞分離階段，氣流通過與分離內件的碰撞，折轉向上，在筒體內向上流動，被折板匯聚的液滴向下流動進入重力沉降分離階段，隨后氣流流入分離內芯，到達過濾分離階段，從分離內芯出來的氣流從出氣口流出。

圖1　優化后氣液分離器結構

1.3.1離心分離階段

蒸發出液通過進液口進入分離器，到達有導向的螺旋板，進行離心分離階段；并且隨著下降進入錐筒，該螺旋板的流通面積減小，使得氣流的螺旋速度增加，實現充分利用離心分離效果的目的。

1.3.2慣性碰撞分離階段

氣流螺旋向上碰撞分離內件，進入折板慣性碰撞分離階段；該折板的作用是很好地成為慣性碰撞的障礙物，夾帶的微小液滴由于慣性和表面張力的作用而粘附在折板表面，防止分離出的液滴隨高速旋轉的氣流在器壁上旋轉而不沉積，其中間擋板能有效打亂高速旋轉的氣流在中心處形成的低壓區域，甚至負壓區域。

1.3.3重力沉降分離階段

氣流通過與分離內件的碰撞，氣流蜿蜒折轉向上，向上流速降低，使其達到足夠慢時，對折板上的液滴向上的吹動力降低，由于重力的作用，小液滴匯聚成大液滴而降落到錐形筒內，隨液流排出。

1.3.4絲網除沫器過濾分離階段

氣流流入分離內芯，經絲網除沫器過濾分離。螺旋板對氣流的旋轉方向具有導流作用，并可通過控制螺旋板中的流通面積來控制氣流的旋轉速度，一般是提高其旋轉速度，這樣就可更穩定、更有效地保證離心分離的效果。帶絲網除沫器的分離內芯能夠最大限度地提升分離顆粒的能力和分離效果。

2　實驗結果

2.1優化改造前后氣液分離器冷凝水量變化

圖2為優化改造前后的冷凝水量變化，可以看出：改造前后冷凝水量變化基本一致，均隨壓縮機頻率的升高而升高。改造后冷凝水產水量約為改造前冷凝水量的95%到85%，這是由于改造后在分離器內部增加了折板分離組件，增加了氣體抽送阻力，導致冷凝水量略有下降，并且伴隨著頻率升高，氣流速度加快，阻力也更加明顯，冷凝水量下降趨勢增大［3］。

圖2　優化改造前后氣液分離器冷凝水量變化

2.2改造前后氣液分離夾帶氯離子含量變化

圖3為改造前后氣液分離夾帶氯離子含量變化，可以看出在改造前冷凝水中氯離子含量隨著頻率的增加也會增加，這應該是由于壓縮機抽吸冷凝器中的氣體中含有小液滴夾帶氯離子進入冷凝水箱導致，并且該趨勢和頻率、汽量成正相關；經改造后冷凝水中氯離子含量受汽量影響較小，并且只有幾個左右，這對冷凝水的回用有很好的保障作用。

2.3改造后氣液分離器出口液滴粒徑情況

通過對分離器出口的粒度進行的在線監測，發現出口的粒度都是7μm以下的小液滴，能夠滿足壓縮機的進口指標。但是這些小液滴在進口中并沒有被檢測到，分析其原因是，在高氣速的條件下，液滴撞擊液膜而產生的小液滴，當我們繼續增大氣速，在出口會發現10μm以下的小液，還有10～40μm這部分原本能夠被分離下來的大液滴，這部分是由于氣速過大直接將液滴帶出，下一步應考慮優化材質和流道，將成膜液滴順利導出，避免氣流過大撕裂液膜導致出口形成液滴。

圖3　改造前后氣液分離夾帶氯離子含量變化

3　結論

1）該裝置綜合了多種分離設備的結構，并充分克服了原有方法的缺點，縮小了設備的體積、重量和占地面積，節省了設備制造費用，性價比得到提高。

2）采用經過優化改造后的氣液分離器對MVR壓縮機進氣進行分離實驗，結果表明：改造后分離器汽量下降約85%～95%，冷凝水中氯離子含量＜5mg/L；可以實現分離去除大于5～7μm的顆粒，分離效率達到98.5%以上，使進入壓縮機內的蒸汽的液滴夾帶最小，從而保證壓縮機的正常運行和冷凝水回用質量。

［1］ 董蓉芳.工藝螺桿壓縮機中氣液分離系統的設計和應用［J］壓縮機技術，2012，（6）.

［2］ 余凱，盧穎，曾榆.一種壓縮機裝置中的高效氣液分離器［J］石油和化工設備，2015，（6）.

［3］ 王瑞，褚雅志，王領，等.組合式氣液分離器的結構研究［J］現代化工，2013，（12）.

MVR Heat Pump System Used in the Gas-Liquid Separator Optimization

Li Zhuo-ping，Wu Xiao-hua，Hou Chao

After transformation，optimized gas-liquid separator for MVR compressor inlet separation experiments，the results showed that：after the transformation of steam separator decreased by about 85% to 95%，condensed water chloride ion content ＜5mg/ L；can to achieve the separation to remove particles greater than 5～7μm，the separation efficiency of more than 98.5%，so that the droplets into the steam inside the compressor entrained minimum thus ensuring the normal operation of the compressor and condensing water reuse quality.

MVR heat pumps；gas-liquid separator；optimization

TQ051.5

B

1003-6490（2016）06-0096-02