Un filtre coalesceur et un éliminateur de brouillard en aval peuvent tous deux collecter du liquide, mais leurs parts de liquide collecté n'ont pas le même dénominateur que l'efficacité de séparation globale. Li, Ji et Chen ont utilisé un banc à air à pression négative avec un liquide à faible volatilité pour examiner cette distinction. L'étude a pesé le liquide injecté et le liquide collecté sur la paroi du boîtier, la cartouche et la grille. Cet article suit l'expérience et conserve les trois rapports de masse. Il explique pourquoi une petite part de grille ne quantifie pas le liquide à la sortie et pourquoi les performances des étages doivent être comparées à taille de gouttelettes, charge et conditions d'écoulement appariées.

Un séparateur-filtre à gaz naturel peut devoir traiter des particules solides et du liquide entraîné. Une cartouche coalesceuse et un élément en maille remplissent des fonctions différentes dans un séparateur étagé. Pour comparer des offres, un acheteur doit savoir si un pourcentage rapporté se réfère à tout le liquide alimenté dans l'installation, au liquide capté par un élément, ou au liquide encore évacué de l'ensemble. Un nombre sans dénominateur peut conduire à une interprétation erronée même si l'expérience d'origine était claire.

Li, Ji et Chen ont développé un banc d'essai inspiré d'un filtre à gaz naturel horizontal [1]. Cette revue examine ce que la méthode de pesée peut distinguer, ce que les comparaisons de vitesse, de gouttelettes et de charge montrent réellement, et quelles mesures un acheteur doit encore effectuer pour évaluer un ensemble proposé.

Figure 1. Appareil air/DOS avec instrumentation d'alimentation, mesures de pression différentielle, flacons de collecte et aspiration en sortie. Li, Ji et Chen [1], figure 1 originale (p. 123 de l'édition imprimée). Redessin fonctionnel en anglais. Aucune dimension déduite du dessin.

L'expérience a utilisé un système d'atomisation, un ensemble de séparation et une alimentation en air sous pression négative. De l'air comprimé et une alimentation liquide sont entrés dans une buse d'atomisation. L'article décrit la mesure de la distribution des gouttelettes avec un analyseur de particules. Le premier cylindre transparent contenait une cartouche en fibre de verre d'une longueur de filtration effective de 460 mm et d'un diamètre extérieur de 86 mm. Le deuxième cylindre contenait un éliminateur de brouillard à maille métallique. Des manomètres à tube en U ont mesuré la perte de charge à travers la cartouche et la maille séparément.

Le liquide était du sébacate de dioctyle (DOS), avec une masse volumique rapportée de 913 kg/m³ et une viscosité de 25 mPa·s à 20 °C. Les auteurs ont considéré l'évaporation à température ambiante comme négligeable. Ils ont conditionné une cartouche contenant déjà du liquide jusqu'à ce qu'aucun liquide supplémentaire ne soit extrait et que sa perte de charge soit stable. Le banc d'essai utilisait de l'air et du DOS, de sorte que les résultats caractérisent ces conditions d'essai. Une masse volumique de gaz, un liquide ou une pression de service différents peuvent modifier les performances d'une même géométrie de séparation.

Les auteurs ont pesé le liquide introduit W. Des flacons séparés ont recueilli le liquide de la paroi avant du boîtier W₁, le liquide évacué de la cartouche coalesceuse W₂ et le liquide recueilli par la grille W₃. Leurs définitions sont :

η compare la masse capturée à la masse injectée. p₁ et p₂ répartissent la masse capturée entre les emplacements. Par exemple, dans la série de vitesses, la part du maillage rapportée variait de 0,3 % à 0,7 % de la masse collectée. Ce pourcentage n'indique pas au lecteur la charge liquide à la sortie. Même la différence entre la masse injectée et la masse collectée ne peut être attribuée exclusivement au transport à la sortie sans tenir compte du liquide stocké dans l'appareil et d'autres effets de mesure.

Figure 2. Historique de la perte de charge de la cartouche pour quatre vitesses frontales. Li, Ji et Chen [1], Figure 2 originale (p. 124 imprimée). Tracé approximatif numérisé à partir du graphique imprimé. Le fichier de mesure original était indisponible.

Figure 3. Efficacité du filtre et part du liquide collecté récupéré de la cartouche en fonction de la vitesse frontale. Li, Ji et Chen [1], Figure 3 originale (p. 124 imprimée). Tracé approximatif numérisé à partir du graphique imprimé. Le fichier de mesure original était indisponible.

Figure 4. Part du liquide total collecté récupéré du maillage en aval en fonction de la vitesse frontale. Li, Ji et Chen [1], Figure 4 originale (p. 124 imprimée). Tracé approximatif numérisé à partir du graphique imprimé. Le fichier de mesure original était indisponible.

Figure 5. Historiques de perte de charge de la cartouche pour quatre diamètres moyens de gouttelettes. Li, Ji et Chen [1], figure 5 originale (p. 124 de l'édition imprimée). Tracé approximatif numérisé à partir du graphique imprimé. Le fichier de mesure original était indisponible.

Figure 6. Efficacité du filtre et part de liquide de la cartouche en fonction du diamètre des gouttelettes. Li, Ji et Chen [1], figure 6 originale (p. 125 de l'édition imprimée). Tracé approximatif numérisé à partir du graphique imprimé. Le fichier de mesure original était indisponible.

Figure 7. Historique de la perte de charge de la cartouche pour quatre charges d'aérosol DOS. Li, Ji et Chen [1], figure 7 originale (p. 125 imprimée). Trace approximative numérisée à partir du graphique imprimé. Le fichier de mesure original était indisponible.

Figure 8. Efficacité du filtre et part liquide de la cartouche en fonction de la charge d'aérosol DOS. Li, Ji et Chen [1], figure 8 originale (p. 125 imprimée). Trace approximative numérisée à partir du graphique imprimé. Le fichier de mesure original était indisponible.

Dans la série sur la vitesse frontale, les auteurs ont utilisé une concentration de liquide à l'entrée de 18,5 g/m³ et un diamètre moyen de gouttelettes de 20 μm. Ils ont rapporté que la perte de charge augmentait d'abord lentement, puis plus rapidement avant de se stabiliser. Ils ont interprété cela comme une accumulation progressive de liquide dans la cartouche jusqu'à ce que le drainage et l'entraînement atteignent un équilibre. L'efficacité globale de collecte et la part de la cartouche ont toutes deux augmenté avec la vitesse au sein de cette série. La grille a encore collecté une certaine quantité de liquide. Sa faible part est cohérente avec sa position en aval dans ce banc d'essai, et ne permet pas d'établir qu'une grille serait inutile pour une population de gouttelettes différente.

La série sur la taille des gouttelettes a maintenu la vitesse frontale à 0,10 m/s et la charge à 11 g/m³. L'article rapporte que l'augmentation de la taille moyenne des gouttelettes a élevé l'efficacité globale de collecte tandis que la part de liquide collecté par la cartouche avait tendance à diminuer. La série sur la charge a maintenu la vitesse à 0,10 m/s et le diamètre moyen à 20 μm. L'augmentation de la charge liquide a de nouveau élevé l'efficacité globale et réduit la part de la cartouche dans la plage testée. Un changement de la capture totale peut coexister avec un changement de l'endroit où ce liquide est collecté. Ces comparaisons doivent être lues comme des séries distinctes plutôt que regroupées en une seule courbe de performance.

La série temporelle du rapport importe également pour une comparaison. Une chute de pression relevée près du début du chargement en liquide représente un état de cartouche différent d'un relevé après stabilisation du drainage. Les courbes publiées décrivent ces états pour le banc d'essai. Une comparaison en laboratoire peut préciser la procédure de préconditionnement, l'intervalle d'échantillonnage et le critère d'un résultat stable, puis rapporter séparément les relevés initiaux et stabilisés. Sinon, deux valeurs de chute de pression prises au même débit nominal peuvent décrire des quantités de liquide différentes dans l'élément.

Lors de la comparaison d'un séparateur-filtre à gaz naturel, demandez la charge liquide à l'entrée et la distribution granulométrique des gouttelettes, les conditions du gaz, la perte de charge par étage, la masse collectée par emplacement et la mesure de l'entraînement à la sortie. Le banc d'essai illustre comment définir ces mesures et interpréter leurs ratios. Pour étendre les résultats à un service de gaz naturel sous pression, utilisez des propriétés de gaz et un comportement liquide représentatifs et mesurez la sortie indépendamment. Cela permettrait de distinguer la capture globale, la contribution de chaque emplacement de collecte et tout liquide quittant le séparateur.

Tous les rapports ci-dessus sont sans dimension. Multipliez par 100 pour les exprimer en pourcentages. La valeur rapportée de 0,3 %–0,7 % correspond à p₂ dans la série de vitesses. Elle décrit le banc cité plutôt qu'une évaluation de séparateur commercial.

[1] Li, B., Ji, Z. et Chen, H. (2007). « Étude expérimentale de la séparation gaz-liquide dans les filtres à gaz naturel » [Étude expérimentale de la séparation gaz-liquide dans les filtres à gaz naturel]. Industrie du gaz naturel, 27(10), p. 123–125. Sections I à IV et figures 1 à 8. La figure 1 est une redessin fonctionnel. Les figures 2 à 8 présentent des lectures approximatives à partir des graphiques publiés. https://www.sciengine.com/parse/pdf/1000-0976/89E36EC2A19044F79A2867261AF6E9F9.pdf

Photo de couverture : U.S. Department of Energy, archives d'Oak Ridge. Le physicien de la santé d'Oak Ridge, Max Scott, positionnant un échantillon sur un compteur gamma. Œuvre du gouvernement américain, domaine public selon la notice de la source. Recadrage éditorial de la photo et mise en page du titre. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:HD.5B.026_(11874519294).jpg