周生賢,王曉丹,肖廣苓

(1.山東濟氮研究所,山東微山 277600;2.山東大學,山東濟南 250100)

合成氨生產是以工藝氣體的形式進行反應和輸送的。工藝復雜,流程長,需要的工序多。其間工藝氣體需要不斷地用液體進行洗滌、凈化,在氣體壓縮過程中還要接觸到潤滑油等液態(tài)物質,所以,工藝氣體的氣液分離是合成氨生產中較為普遍和重要的單元操作。通常是在塔器設備內接近出口處設置霧沫分離器進行簡單的氣液分離,同時在后面設立專門的氣液分離設備來分離液滴。在生產實際中,如對這些設備的內件進行改造,并在管道上增加分離裝置,可大大提高氣液分離效率,降低系統(tǒng)阻力,改善工藝條件,提高設備生產能力。

1 改進霧沫分離器的結構形式

傳統(tǒng)的霧沫分離器都是圓盤樣式的,一般是由絲網纏繞緊壓在一起而成型的,安裝在設備里面氣體出口附近。這種分離器由于絲網緊壓在一起,且無導流裝置,碰撞到分離器的霧沫沒有匯集的渠道,霧沫很難匯集成液滴流下來,即使有部分小的液滴形成,也容易被氣體出口附近的高速氣流再次霧化并攜帶出塔,分離效果有限。同時,由于分離器較厚,纏得緊、壓得實,氣體和霧沫中的固形物被截留在絲網上,運行不了多長時間就會出現堵塞的情況,不但不能起到分離液滴的作用,反而增加系統(tǒng)的阻力。還有一種形式的分離裝置是在設備液體入口的上方、氣體出口的下方,裝填部分散裝填料,用來分離氣體攜帶的液滴。這種方法因為沒有導流裝置,分離效果很差,還容易堵塞。許多廠家均因霧沫分離器堵塞而不得不頻繁停車檢修,清洗分離器,有的廠家甚至干脆把分離器去掉。這樣就大大影響了生產的正常進行,甚至使霧沫無法分離,降低了氣體的質量,對下工段造成極大的危害。

我們在認真考察原霧沫分離器的優(yōu)缺點之后,設計出新型的霧沫分離器。新型霧沫分離器也采用不銹鋼絲網,整體為錐形。把絲網均勻地分層纏繞在一個倒錐形的固定架上,每層絲網網孔均拉成菱形,間隔4～6 mm,層與層之間增設導流筋,便于導流。錐尖捆在進液管上,以實現分離、導流一體化,一直導流到底部,不需要再設置導流設施。

和原來的圓盤式霧沫分離器相比,此種新型分離器具有以下優(yōu)點。

(1)原采用的圓盤式霧沫分離器絲網是多層緊壓在一起的。新型分離器是單層間隔式,在倒錐形固定架上每隔一層絲網,即加一層4～5 mm隔離導流支架。這樣做的結果是不僅減少了絲網的用量,而且還使阻力大大降低,且不易堵塞,極大地提高了分離效率。

(2)該新型霧沫分離器整體為錐形,且絲網網孔均拉成菱形,絲網與絲網之間還增加了具有固定作用,同時還具有導流作用的導流筋,除沫器的下端錐尖捆綁到進液管上。整體均具有導流作用。分離的液滴在重力的作用下,沿著菱形絲網下落、集聚,最后通過分離器的錐尖導入填料層重復分布利用。

(3)該霧沫分離器制作簡單,且絲網用量減少,無需大的投資。

2 在水平管接近垂直下彎管前增設盲腸分離器

在水平出口管靠近下彎管前的底部接一盲腸管頭,利用原有管架固定,內裝廢舊菱形絲網填料或廢舊填料,讓下落液滴和順管壁下流液體靠重力落入盲管死角。若分離下來的系有用的吸收液,可引排污管入塔底液相排污閥內側,回收至塔,重復使用。效果可與大分離器媲美。

3 長距離水平管上增設簡易氣液分離器

在氣體輸送過程中增設氣液分離器可以高效分離液滴。因為流動的氣體在管道中是呈螺旋狀前進的,在不斷旋轉前進的過程中,氣體中大部分霧沫沿著管壁分離下來,并匯集到管道的底部,順著管道緩慢前行。所以,管道本身就是一個巨大的氣液分離器,而且管道越長、越粗,氣體流速越慢,分離能力越大。所以,要把管道中已經分離下來的液體(已經不是液滴了)引出來。怎么引呢?可在水平管的末端增加管道分離器。在氣體輸送管道內部靠近管道分離器的前方設置微小的擋液板進行攔擋。實踐證明,管道分離器分離的液體比專門的氣液分離器還要多。

當然,這種分離原理也適用于造氣系統(tǒng)煤氣中粉塵的分離、蒸汽冷凝水的分離,效果都非常明顯。具體做法如下。

在水平管道末端,水平管的下部開孔,直徑與管道直徑相同?？缀蠛敢粨跻喊?寬 1～2cm,開口處接一與主管線等徑的排污管,內裝菱形填料或廢舊填料。可借用原有管架固定,讓管內旋流分離的液體靠擋板阻擋、導流而進入導淋管。此項改造基本不花投資,其效果比原采用的大分離器還好。

4 改造分離器內件

為保證設備正常運轉,保證在氣體進入系統(tǒng)時,不因帶有液體而影響生產,常在氣體進出系統(tǒng)時,安裝油水分離器。內件多為填料或旋流板等,不論哪種結構,均因缺乏導流裝置,和填料裝填過于密實,而使分離效果欠佳,且容易堵塞,給生產帶來很大的危害。我們詳細分析了原分離器的缺點之后,對分離設備的內件進行了改造。改造方法如下。

填料仍采用絲網填料,將絲網網孔均拉制成菱形。單層裝填。層與層之間加裝導流筋,保證層與層之間的距離為4～6 mm,菱形絲網在塔內采用人字形裝填,利用菱形絲網和導流筋將分離的液滴導流至塔壁,并沿塔壁流至塔的底部。保證分離的液滴不會被氣流重新帶走。

綜上所述,采用以上措施,即改造原來清洗、凈化設備內的分離裝置;在垂直管道前增設盲腸分離器;在水平管線上開孔增設等徑分離器;改造原進出系統(tǒng)的氣水分離器,使每個裝置都能做到導流、分離一體化,即可數倍提高分離效果。對改善工藝條件,降低阻力,節(jié)能降耗,提高生產能力均具有重大意義。本項改造無需大量的投資,且絲網用量可大幅度減少,是一項投資少,效果顯著的技改措施。