CN119186028A - 一种用于危化品混合物安全高效分离的液液分离器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于危化品混合物安全高效分离的液液分离器。本发明包括液液分离器罐体,丝网除沫器,聚结板组,出液控制装置和测控系统;所述丝网除沫器和聚结板组位于所述液液分离器罐体内;其中所述丝网除沫器用于实现对待分离的含危化品混合物的泡沫消除;所述聚结板组用于使未分层的两相混合物的流体流动状态在层流和湍流之间交替变换;所述出液控制装置用于实现对未知两相体积比例的含危化品混合物的实时分离。本发明通过在液液分离器中段安装鱼骨形聚结板使未分层的两相混合物的流体流动状态在层流和湍流之间交替变换,有利于两相液滴之间的相互碰撞和结聚,进而提升液液分离器中危化品的分离效率和速率。
Description
技术领域
本发明涉及面向危化品安全分离领域,更具体的涉及一种用于危化品混合物安全高效分离的液液分离器。
背景技术
含危化品混合物主要来自于化学品的加工、提炼、存储;石油工业中石油的裂解、提纯;化学品运输过程中的泄漏等。目前,大部分的危化品混合物存在两种介质体积比例变化较大,粘稠度范围极大,易挥发出易燃易爆或有毒有害气体,上述问题导致针对危化品混合物的危化品回收的回收率难以提升,并且回收成本居高不下。
液液分离器是化工生产中重要的工艺设备,目前工业上常见的是重力沉降式液液分离器,其内部结构简单,两相液滴积聚速度过慢,导致自然重力沉降时间过长,使液液分离器的体积过于庞大,并不适用于很多工业生产和突发的紧急现场处置情况。因此,部分液液分离器通过在分离器内部加装聚结板的方式提升分离速率,但是常见的聚结板在应对较为粘稠和流速较大的工况时,分离效率有限,并且易出现磨损断裂的现象,进而堵塞液液分离器内部管路。
工业上常见的液液分离器通常针对两相介质比例较为固定情形下设计的出液口,诸如此类的设计使工业上常见的液液分离器无法实现一些两相体积比例不固定的介质进行有效的分离,而常见危化品混合物的产生多是来自于工业生产、运输和存储过程,通常不具有明确的两相体积比例。
工业上常见的液液分离器普遍适用于油水分离的工况,忽视了对液液分离器中丝网除沫器的防腐蚀设计,在应对复杂危化品混合物介质时,常用的金属材料制成的丝网耐腐蚀性较差,使用寿命较短,后期维护成本较高,而非金属材料制成的丝网虽然稳定性较好,能应对多种危化品混合物环境,但机械强度较低,在长时间应对大流量、高流速的工况时,易出现形变,导致丝网网格间距发生不良变化,液体通过率降低,进而影响除沫效率。综上所述,目前液液分离器中的丝网除沫器部分的设计并不长时间适用于分离含危化品混合物的分离工况。
工业常见的液液分离器在分离作业的过程中普遍忽视了待分离介质的挥发性。在针对危化品混合物的分离工程中,以烷烃类燃料为例,烷烃类燃料在液液分离器静置时,极易挥发出易燃易爆的烷烃类气体。而液液分离器的分离静置时间普遍在30分钟左右,在这段时间内,液液分离器内的易燃易爆气体浓度存在达到爆炸极限的风险,此时如果还存在例如气温过高等外部风险诱因,就极易发生重大的安全事故。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供了一种更具安全性、有效性和高效率的应对多种危化品介质的液液分离器。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
本发明包括液液分离器罐体,丝网除沫器,聚结板组,出液控制装置和测控系统;
所述丝网除沫器和聚结板组位于所述液液分离器罐体内;
其中,
所述丝网除沫器用于实现对待分离的含危化品混合物的泡沫消除;
所述聚结板组用于使未分层的两相混合物的流体流动状态在层流和湍流之间交替变换;
所述出液控制装置用于实现对未知两相体积比例的含危化品混合物的实时分离;
所述测控系统用于监测含危化品混合物在静置分离过程中,液液分离器内的温度、压力以及危化品挥发后在液液分离器内易燃易爆气体、有毒有害气体的浓度。
本发明的有益效果:
本发明通过在所述液液分离器进口端安装耐腐蚀丝网除沫器,大幅提升丝网除沫器的使用寿命和除沫效率,使液液分离器能适用于分离具有腐蚀性的介质,有效提升液液分离器的工作范围。
本发明通过在液液分离器中段安装鱼骨形聚结板使未分层的两相混合物的流体流动状态在层流和湍流之间交替变换,有利于两相液滴之间的相互碰撞和结聚,进而提升液液分离器中危化品的分离效率和速率。
本发明通过在液液分离器重相介质出口和轻相介质出口处安装电磁阀,结合磁致伸缩液位计反馈信号,嵌入算法,实现液液分离器对未知两相体积比例的含危化品混合物的实时分离。
本发明通过在液液分离器罐体上方加装测控系统,监测罐体内的压力、温度和气体浓度信号,并通过惰性气体喷淋装置控制液液分离器内易燃易爆气体和有毒有害气体浓度在安全浓度范围内,实现提高液液分离器在工作过程中的安全性。
附图说明
为了易于说明,本发明由下述的较佳实施例及附图作详细描述。
图1为本发明实施例的危化品混合物安全高效分离的液液分离器的结构示意图;
图2为本发明实施例的危化品混合物安全高效分离的液液分离器的丝网除沫器的结构示意图;
图3为本发明实施例的危化品混合物安全高效分离的液液分离器的丝网除沫器的丝线截面图;
图4为本发明实施例的危化品混合物安全高效分离的液液分离器的鱼骨形聚结板组俯视结构示意图;
图5为本发明实施例的危化品混合物安全高效分离的液液分离器的鱼骨形聚结板组轴向剖面示意图;
图6为本发明实施例的危化品混合物安全高效分离的液液分离器的测控系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和具体实施方案对本发明提供的一种应对多种危化品介质的液液分离器作进一步的详细说明。
请参阅图1,本申请提供一种危化品混合物安全高效分离的液液分离器,属于工业上用于分离互不相溶,且具有明显分层的两相介质的液液分离器,特别适用于两相介质体积比不固定,分离介质易挥发,且具有易燃易爆的风险。用于将因各种非正常原因产生的含危化品混合物中的所需危化品再次提取以便后续处理。
其中,危化品混合物安全高效分离的液液分离器包括罐体1、丝网除沫器2、鱼骨形聚结板组3、出液系统4、测控系统五部分。
本发明通过罐体1实现对待分离的含危化品混合物的存储,所述罐体1由具有较高刚性的特种不锈钢材料加工而成,提高整体罐体的耐压;液液分离器内层表面加工有耐腐蚀涂层,大幅提升液液分离器罐体的使用寿命,并且能应对更多不同性质危化品的分离工况。
在某一实施例中,所述罐体1的内部有效尺寸为内径700mm,长度2800mm,进液管路11一端连接罐体法兰12,通过法兰连接的方式于前置管路连接,另一端通过封头焊接固定于罐体一侧。
优选地,在罐体1的前侧嵌入安装有一个直径为750mm,宽度200mm,弧度为160°的弧形透明玻璃可视化面板13,为液液分离器分离提纯危化品作业时,提供直观的液位观测途径。
在某一实施例中,所述罐体1的顶部安装有较低泄放压力的泄放阀14,泄放阀14的泄放压力可选但不局限于50kpa,用于保障罐体1内的压力始终处于安全耐压阈值内,并有效提升罐体1的使用寿命。
此外,在所述罐体1的顶部均分布有四个罐体传感器接口15,分别为温度传感器接口151,压力传感器接口152,气体浓度传感器153,磁致伸缩液位计接口154,惰性气体喷头接口155,可密封安装用于监测罐体1内各项物性参数的传感器。
请参阅图2,本申请通过丝网除沫器2实现对待分离的含危化品混合物的泡沫消除,其中丝网除沫器2由丝线21编织而成的网片22和网片固定装置23组成,网片22通过网片固定装置23固定于罐体1进液管路11出口处。
进一步,丝线21以周期谐波的方式分布构成所述网片22,丝线与丝线之间间隔5~8mm,该间隔既保证网片具有很好的刚性强度,有效确保网片具有良好的通过率。
请参阅图3,在某一实施例中,丝线21的外部包裹有非金属材料212,如全氟烷氧基树脂,对丝线21的金属内芯提供保护,避免腐蚀性流体对丝线21的腐蚀。其中丝线的金属内芯由耐腐蚀不锈钢细丝211组成,为丝线21提供刚性支撑,避免网片22因过快的待分离介质冲刷发生不良形变,导致通过率下降。此外全氟烷氧基树脂材料表面光滑,待分离危化品混合物不易残留在网片22表面,有利于提升网片22的使用寿命和除沫效率。
请参阅图1和图4,在某一实施例中,通过鱼骨形聚结板组3,可以使未分层的两相混合物的流体流动状态在层流和湍流之间交替变换,有利于两相液滴相互之间的碰撞和结聚,有利于提升液液分离器中危化品的分离效率和速率。
请参阅图1,鱼骨形聚结板组3由多块间隔均匀的聚结板组成,鱼骨形聚结板组3沿水平方向向下倾斜角α优选的为15° ~ 20°,有助于待分离含危化品混合物在重力的作用下,向后续结构流动。
请参阅图4,所述聚结板上均匀分布有高h为2 ~ 3cm的人字形波纹挡板,所述人字形挡板方向沿鱼骨形聚结板组3方向间夹角β呈25° ~ 30°,所述聚结板沿待分离危化品混合物的流动方向的轴线两侧设置波纹,同侧波纹和轴线方向呈一定夹角,波纹和轴线方向的夹角γ约为40° ~ 60°,过大的夹角会导致待分离危化品混合物在鱼骨形聚结板组3上流动时所受阻力过大,相应的,对鱼骨形聚结板组的冲蚀磨损程度加深,加速鱼骨形聚结板组的破损,且回流现象明显,影响分离效率和速率;过小的夹角则会导致结聚效应不明显,影响分离效率。
为了验证上述设计,本申请还进一步给出了以下模拟实验:
当利用危化品混合物安全高效分离的液液分离器对具有不同比重的不互溶液体进行分离时,进行对危化品混合物安全高效分离的液液分离器的分离性能数值模拟。
根据ANSYS Workbench 2023R1 进行仿真计算,计算条件如下:液体混合物采用成品石油(密度为900kg/m3,动力粘度0.85Pa·s)和水(密度为1000kg/m3,动力粘度0.04Pa·s)。
入口条件设置为速度边界,入口速度为1.2m/s;油和水的出口均设置为outflow出口;水油两相比例为8:2。
结果显示:带有所述鱼骨形聚结板组3的液液分离器的分离回收率相比于常规波纹聚结板组结构的液液分离器回收率高,目前常规的波纹聚结板组液液分离器的轻相回收率约为0.8,而本发明所述的鱼骨形聚结板组液液分离器的轻相回收率达到0.92。证明所述聚结板组结构改进,能有效提升液液分离器的分离回收率,使轻相介质和重相介质高效分离。
请参阅图1,在某一实施例中,所述的应对多种危化品介质的出液控制系统4,包括轻相介质出口41,轻相介质出口电磁阀42;重相介质出口43,重相介质出口电磁阀44;轻相介质出口管路45,重相介质出口管路46以及用于测量液液分离器内最高液位和两相交界液位的磁致伸缩液位计47。通过电路采集磁致伸缩液位计47的信号,得到液液分离器内两相介质的分布情况,当重相介质的液位达到预设上限位高度时,打开安装于重相介质出口管路46的重相介质出口电磁阀44,使沉于液液分离器底部的重相介质从重相介质出口43中流出,当重相介质的液位达到预设的下限位高度时,关闭重相介质出口电磁阀44,停止重相介质的排出,该流程实现对液液分离器内分离完毕的样品的单次排出,通过不间断重复上述流程,实现对未知两相体积比例的含危化品混合物的实时分离。
请参阅图6,在某一实施例中,所述的应对多种危化品介质的测控系统5,包括压力传感器51,温度传感器52,气体浓度传感器53,惰性气体喷头54,上述测控系统在液液分离器上端各自间隔20 ~ 30cm居中分布,用于监测含危化品混合物在静置分离过程中,液液分离器内的温度、压力以及危化品挥发后在液液分离器内易燃易爆气体、有毒有害气体的浓度。当检测到管道内易燃易爆气体、有毒有害气体浓度超过设定安全阈值时,惰性气体喷头开启,向液液分离器内部喷洒惰性气体,所述惰性气体喷头54喷淋惰性气体速率受控于所述的气体浓度传感器,嵌入算法控制液液分离器内易燃易爆气体和有毒有害气体浓度在安全浓度范围内,实现提高液液分离器在工作过程中的安全性。
以上所述为本发明的实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员而言,在不脱离本发明原理前提下,还可以做出多种变形和改进,这也应该视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于危化品混合物安全高效分离的液液分离器,其特征在于,包括液液分离器罐体,丝网除沫器,聚结板组,出液控制装置和测控系统;
所述丝网除沫器和聚结板组位于所述液液分离器罐体内;
其中,
所述丝网除沫器用于实现对待分离的含危化品混合物的泡沫消除;
所述聚结板组用于使未分层的两相混合物的流体流动状态在层流和湍流之间交替变换;
所述出液控制装置用于实现对未知两相体积比例的含危化品混合物的实时分离;
所述测控系统用于监测含危化品混合物在静置分离过程中,液液分离器内的温度、压力以及危化品挥发后在液液分离器内易燃易爆气体、有毒有害气体的浓度。
2.根据权利要求1所述的一种用于危化品混合物安全高效分离的液液分离器,其特征在于,所述罐体的顶部安装有泄放阀,用于保障罐体内的压力始终处于安全耐压阈值内。
3.根据权利要求1所述的一种用于危化品混合物安全高效分离的液液分离器,其特征在于,所述的丝网除沫器由网片和网片固定装置组成,所述网片由耐腐蚀的丝线以周期谐波的方式编织而成。
4.根据权利要求3所述的一种用于危化品混合物安全高效分离的液液分离器,其特征在于,所述的丝线外层由耐腐蚀的非金属材料包裹,内部设置有金属细丝。
5.根据权利要求3所述的一种用于危化品混合物安全高效分离的液液分离器,其特征在于,所述耐腐蚀的非金属材料为全氟烷氧基树脂。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种用于危化品混合物安全高效分离的液液分离器,其特征在于,所述聚结板组沿水平方向向下倾斜,有助于待分离含危化品混合物在重力的作用下,向后续结构流动。
7.根据权利要求6所述的一种用于危化品混合物安全高效分离的液液分离器,其特征在于,所述聚结板组由多块聚结板间隔排列组成,其中的每块聚结板采用鱼骨形的波纹板。
8.根据权利要求7所述的一种用于危化品混合物安全高效分离的液液分离器,其特征在于,所述波纹板均匀分布有高为2 ~ 3cm的人字形波纹挡板,所述人字形挡板方向沿鱼骨形聚结板组方向间夹角为25° ~ 30°;所述波纹板沿待分离危化品混合物的流动方向的轴线两侧设置波纹,同侧波纹和轴线方向夹角为40° ~ 60°。
9.根据权利要求1所述的一种用于危化品混合物安全高效分离的液液分离器,其特征在于,所述的出液控制系统由轻相介质出口、重相介质出口和两个电磁阀组成,通过磁致伸缩液位计反馈的交界液位高度信号,分别控制水相介质出口和重相介质出口处的电磁阀,从而控制出液的通断,实现液液分离器的实时分离。
10.根据权利要求1、9所述的一种用于危化品混合物安全高效分离的液液分离器,其特征在于,所述的测控系统包括气体浓度传感器和惰性气体喷头;
当检测到管道内易燃易爆气体、有毒有害气体浓度超过设定安全阈值时,惰性气体喷头开启,向液液分离器内部喷洒惰性气体,所述惰性气体喷头喷淋惰性气体速率受控于所述的气体浓度传感器。
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