VBA編程在立式氣液分離器設計中的應用

齊俊嶺

（科洋環境工程（上海）有限公司，上海 200233）

氣液分離器是根據重力沉降分離的原理，實現氣液粗效分離的設備。氣液分離器在石油化工行業中運用廣泛。在設計中根據行業不同通常采用《油氣分離器規范》（SY/T0515—2014）、《油田油氣集輸設計規范》（GB50350—2015）附錄A以及《氣-液分離器設計》（HG/T20570.8—95）進行具體計算選型。

在計算過程中，《油氣分離器規范》（SY/T0515—2014）和《氣-液分離器設計》（HG/T20570.8—95）的近似估算法類似，但均存在假設值和真實物流狀態有較大出入的情況，造成計算結果的不準確，因此較適用于初步計算。《油田油氣集輸設計規范》（GB50350—2015）和《氣-液分離器設計》（HG/T20570.8—95）的精確算法類似，充分考慮了液滴沉降的自由沉降速度，但自由沉降速度的計算依賴于手工查圖試差計算，嚴重影響了計算效率[1-2]。

本文基于《氣-液分離器設計》（HG/T20570.8—95）的精確算法，通過對阻力系數和雷諾數關系圖進行數據回歸，并完整的運用VBA 進行了立式氣液分離器設計編程，實現了立式氣液分離器的自動化設計計算。

1 計算原理和算法邏輯

根據《氣-液分離器設計》規范[3]，計算過程主要由以下步驟和算式構成：

在計算過程中，首先假設沉降雷諾數Ret初值Reto，通過查圖的方法獲得阻力系數ζ值。然后根據式（2）計算出沉降速度ut，并進一步根據式（3）計算出沉降雷諾數Ret。經過和初值Reto進行比較，如果差值絕對值和精度ε差別較大，重新選擇初值重復計算，否則代入式（4）計算分離器直徑D和式（5）計算液位高度HL。計算過程用算法邏輯圖表示（見圖1）。

通過計算過程和算法邏輯圖可以看出計算過程中存在對雷諾數Ret的迭代。每次迭代均需要經過多重計算步驟和查圖，因此工作量較大。如果能將查圖步驟以數據回歸方程替代，可以實現計算機自動求解，并大幅提高設計計算效率。

圖1 算法邏輯圖

2 ζ-Ret的數據回歸及分析

由上述分析可知，實現計算機自動求解的難點之一在于對阻力系數ζ和雷諾數Ret關系圖進行數據回歸，即實現式（1）的過程。

根 據ζ-Ret圖形關系，需要對10-1≤Re≤102和102≤Re≤105進行分段數據回歸。方程擬合型式采用多項式函數，讀取樣本數為200個，擬合方法采用CAD 數字化曲線線圖方法實現[4]。在數據處理的過程中需要進行lgX～X 和lgY～Y 替代。擬合后式（1）如下：

在99%置信度下，曲線回歸結果分析情況如表1所示。

表1 ζ-Ret曲線回歸分析

曲線回歸方程的擬合度以相關系數R2表示，R2接近于1，說明曲線回歸方程擬合良好；在99%置信度區間內，以F檢驗對回歸顯著性進行判定F＞F查表，回歸方程有意義。

3 VBA模型開發和組態

在Excel 中運用VBA 編程進行模型開發，避免了其他編程語言開發應用程序中設計安裝程序的問題，同時VBA 代碼經少量修改可移植入VB 或VB.net 等大型編程工具，具有應用簡便、設計效率高的特點。

代碼結構采用了主體Sub 過程和5個子Function 過程。主體計算在Sub 過程中實現，采用Button 動作以避免輸入誤操作；Function 過程中依次實現式（1）～（5）的計算，并通過主體Sub 過程實現對函數的調用。

4 模型應用

利用標準中的例題進行模型的應用驗算。對比手動查圖和自動計算兩種方法得到的結果見表2。

表2 分離器計算結果比較

通過比較可以看出，采用本文建立的模型計算誤差在1%以內，具有一定的準確度。

5 結論

本文在Excel 中運用VBA 編程實現了立式氣液分離器設計的自動化。

1）該方法避免了大量的手動迭代計算，提高了設計效率。

2）該模型具有一定的準確度，可以用于設計計算。

符號說明