Коалесцирующий фильтр и расположенный ниже по потоку каплеуловитель могут оба собирать жидкость, но их доли собранной жидкости не имеют того же знаменателя, что и общая эффективность сепарации. Ли, Цзи и Чэнь использовали воздушный стенд с отрицательным давлением и низколетучей жидкостью, чтобы исследовать это различие. В исследовании взвешивали впрыснутую жидкость и жидкость, собранную со стенки корпуса, патрона и сетки. Данная статья следует за экспериментом и сохраняет три массовых соотношения. В ней объясняется, почему малая доля сетки не позволяет количественно оценить жидкость на выходе и почему эффективность ступени необходимо сравнивать при согласованных размере капель, нагрузке и условиях потока.

Фильтр-сепаратор природного газа может нуждаться в обработке твёрдых частиц и увлечённой жидкости. Коалесцирующий картридж и сетчатый элемент выполняют разные задачи в ступенчатом сепараторе. Чтобы сравнить предложения, покупателю необходимо знать, относится ли указанный процент ко всей жидкости, поданной в установку, к жидкости, уловленной одним элементом, или к жидкости, всё ещё выносимой из сборки. Число без знаменателя может привести к неверной интерпретации, даже если исходный эксперимент был ясным.

Ли, Цзи и Чэнь разработали стенд, смоделированный по образцу горизонтального фильтра природного газа [1]. В этом обзоре рассматривается, что может различить весовой метод, что на самом деле показывают сравнения скорости, капель и загрузки, а также какие измерения всё ещё нужны покупателю для оценки предлагаемой сборки.

Рисунок 1. Аппарат Air/DOS с подающей аппаратурой, измерениями дифференциального давления, сборными бутылями и выходным отсосом. Ли, Цзи и Чэнь [1], оригинальный рисунок 1 (печатная стр. 123). Функциональная английская перерисовка. Размеры из чертежа не выведены.

В эксперименте использовались система распыления, сепарационный узел и подача воздуха под отрицательным давлением. Сжатый воздух и жидкая среда поступали в распылительную форсунку. В статье описывается измерение распределения капель с помощью анализатора частиц. Первый прозрачный цилиндр содержал стекловолоконный патрон с эффективной длиной фильтрации 460 мм и наружным диаметром 86 мм. Второй цилиндр содержал каплеуловитель из металлической сетки. U-образные манометры отдельно измеряли перепад давления на патроне и на сетке.

Жидкостью был диоктилсебацинат (ДОС) с заявленной плотностью 913 кг/м³ и вязкостью 25 мПа·с при 20 °C. Авторы считали испарение при комнатной температуре пренебрежимо малым. Они кондиционировали картридж, уже содержащий жидкость, до тех пор, пока дополнительная жидкость не переставала вытягиваться и перепад давления не стабилизировался. В стенде использовались воздух и ДОС, поэтому результаты характеризуют именно эти условия испытаний. Иная плотность газа, жидкость или рабочее давление могут изменить характеристики той же самой геометрии разделения.

Авторы взвешивали введённую жидкость W. В отдельные ёмкости собирали жидкость из передней стенки корпуса W₁, жидкость, слитую из коалесцирующего картриджа W₂, и жидкость, собранную сеткой W₃. Их определения следующие:

η сравнивает уловленную массу с введённой массой. p₁ и p₂ распределяют уловленную массу между локациями. Например, в серии по скорости сообщаемая доля сетки составляла от 0,3% до 0,7% собранной массы. Этот процент не сообщает читателю о жидкостной нагрузке на выходе. Даже разницу между введённой и собранной массой нельзя отнести исключительно к выносу на выходе без учёта жидкости, удерживаемой в аппарате, и других эффектов измерений.

Рисунок 2. История перепада давления в картридже для четырёх скоростей воздушного потока. Li, Ji и Chen [1], оригинальный рисунок 2 (печатная версия, с. 124). Приблизительная кривая, оцифрованная с печатного графика. Исходный файл измерений был недоступен.

Рисунок 3. Эффективность фильтрации и доля собранной жидкости, извлечённой из картриджа, в зависимости от скорости воздушного потока. Li, Ji и Chen [1], оригинальный рисунок 3 (печатная версия, с. 124). Приблизительная кривая, оцифрованная с печатного графика. Исходный файл измерений был недоступен.

Рисунок 4. Доля общей собранной жидкости, извлечённой из нижерасположенной сетки, в зависимости от скорости воздушного потока. Li, Ji и Chen [1], оригинальный рисунок 4 (печатная версия, с. 124). Приблизительная кривая, оцифрованная с печатного графика. Исходный файл измерений был недоступен.

Рисунок 5. Зависимости перепада давления на картридже от времени для четырёх средних диаметров капель. Li, Ji and Chen [1], оригинальный рисунок 5 (печатная версия, с. 124). Приблизительная кривая, оцифрованная с печатного графика. Исходный файл измерений был недоступен.

Рисунок 6. Эффективность фильтра и доля жидкости в картридже в зависимости от диаметра капель. Li, Ji and Chen [1], оригинальный рисунок 6 (печатная версия, с. 125). Приблизительная кривая, оцифрованная с печатного графика. Исходный файл измерений был недоступен.

Рисунок 7. История перепада давления в картридже для четырёх уровней аэрозольной нагрузки DOS. Li, Ji и Chen [1], оригинальный рисунок 7 (печатная версия, с. 125). Приблизительная кривая, оцифрованная с печатного графика. Исходный файл измерений был недоступен.

Рисунок 8. Эффективность фильтра и доля жидкости в картридже в зависимости от аэрозольной нагрузки DOS. Li, Ji и Chen [1], оригинальный рисунок 8 (печатная версия, с. 125). Приблизительная кривая, оцифрованная с печатного графика. Исходный файл измерений был недоступен.

В серии с варьированием скорости потока авторы использовали концентрацию жидкости на входе 18,5 г/м³ и средний диаметр капель 20 мкм. Они сообщили, что перепад давления сначала рос медленно, затем быстрее, после чего выходил на плато. Они интерпретировали это как постепенное накопление жидкости в картридже до тех пор, пока дренаж и унос не приблизились к балансу. Как общая эффективность улавливания, так и доля, приходящаяся на картридж, увеличивались со скоростью в пределах этой серии. Сетка всё ещё улавливала некоторое количество жидкости. Её малая доля согласуется с её расположением ниже по потоку в той установке и не доказывает, что сетка была бы не нужна для другой популяции капель.

Серия по размеру капель поддерживала скорость воздуха 0,10 м/с и нагрузку 11 г/м³. В статье сообщается, что увеличение среднего размера капель повышало общую эффективность улавливания, тогда как доля жидкости, собранной картриджем, имела тенденцию к снижению. Серия по нагрузке поддерживала скорость 0,10 м/с и средний диаметр 20 мкм. Увеличение жидкостной нагрузки снова повышало общую эффективность и снижало долю картриджа в исследованном диапазоне. Изменение общего улавливания может сосуществовать с изменением того, где эта жидкость собирается. Эти сравнения следует рассматривать как отдельные серии, а не объединять в одну кривую производительности.

Временные ряды отчёта также важны для сравнения. Перепад давления, измеренный в начале накопления жидкости, отражает иное состояние картриджа, чем показание после стабилизации дренажа. Опубликованные кривые описывают эти состояния для испытательного стенда. Лабораторное сравнение может указать процедуру предварительной подготовки, интервал отбора проб и критерий стабильного результата, а затем отдельно привести начальные и стабилизированные показания. В противном случае две величины перепада давления, полученные при одном и том же номинальном расходе, могут описывать различное количество жидкости в элементе.

При сравнении сепаратора-фильтра природного газа запрашивайте данные о входной нагрузке по жидкости и распределении размеров капель, параметрах газа, перепаде давления по ступеням, собранной массе по местам отбора и измерении уноса на выходе. Стенд иллюстрирует, как определить эти измерения и интерпретировать их соотношения. Чтобы распространить результаты на работу с природным газом под давлением, используйте репрезентативные свойства газа и поведение жидкости и измеряйте выход независимо. Это позволило бы разделить общий захват, вклад каждого места сбора и любую жидкость, покидающую сепаратор.

Все приведённые выше отношения являются безразмерными. Умножьте на 100, чтобы выразить их в процентах. Указанные 0,3%–0,7% — это p₂ в серии по скорости. Это описывает цитируемую установку, а не рейтинг коммерческого сепаратора.

[1] Li, B., Ji, Z., and Chen, H. (2007). «Экспериментальное исследование газожидкостной сепарации в фильтрах природного газа» [Experimental study of gas–liquid separation in natural-gas filters]. 天然气工业, 27(10), pp. 123–125. Разделы I–IV и рисунки 1–8. Рисунок 1 — функциональная перерисовка. Рисунки 2–8 показывают приблизительные значения, считанные с опубликованных графиков. https://www.sciengine.com/parse/pdf/1000-0976/89E36EC2A19044F79A2867261AF6E9F9.pdf

Фото на обложке: Министерство энергетики США, архив Оук-Ридж. Физик-дозиметрист из Оук-Ридж Макс Скотт устанавливает образец в гамма-счётчик. Работа правительства США, общественное достояние согласно записи источника. Редакционная обрезка фотографии и макет заголовка. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:HD.5B.026_(11874519294).jpg