Auslegungsgrundlagen

Am kritischen Punkt der Abscheidung ist die Gasgeschwindigkeit, die alle aus dem Behälter ausströmenden Gase erfasst, und der gewählte Grenztropfendurchmesser dTr entscheidend. Bei Horizontalabscheider kommt noch die Absetzlänge dazu.

Abscheider Hydraulik

Generell

Die Abscheidung von Flüssigkeitstropfen mit dem Durchmesser d_Tr aus einem Gasstrom in einem Schwerkraftabscheider wird durch die Gasgeschwindigkeit oder durch die Gasgeschwindigkeit und einer Absetzlänge bestimmt. Dabei sind alle Gasmengen, die in den Apparat eintreten oder durch Nachverdampfung entstehen zu berücksichtigen.

1. Vertikalabscheider

2. Horizontalabscheider

Der Demister ist ein Paket aus Drahtgestick, das horiziontal auf einem Tragring vor dem Gasaustritt installiert ist. Wenn das Gas und die mitgerissenen Flüssiganteile durch das Gestrick strömen, wird das Gas frei durch das Paket strömem, während die Flüssigtropfen auf Grund ihrer Trägheit der Strömung nicht folgen können und sich auf den feinen Drähten sammeln. Die Flüssigkeit sammelt sich an der Unterseite des Demisters und tropft nach unten ab. Ist die Flüssigbelastung oder Gasgeschwindigkeit zu hoch, so wird der Demister fluten und die Flüssigkeit mit dem Gasstrom nach oben austragen. Die maximale Geschwindigkeit wird im Programm über eine empirische Gleichung berechnet.

Die kritische Geschwindigkeit ist eine empirische Gasgeschwindigkeit, die sicherstellt, dass die Abscheider Querschnittsfläche groß genug ist, um übermäßigen Flüssigkeitsaustrag mit dem Gas zu vermeiden. Die kritische Geschwindigkeit ist definiert durch

V_krit = K₁ * ((ρ_f - ρ_g)/ρ_g) ^½

Aus der kritischen Geschwindigkeit wird ein Grenztropfen berechnet, der während der Berechnung angezeigt wird. Da im Allgemeinen das Tropfenspektrum nicht bekannt ist, kann über die Größe des Grenztropfens vom Ingenieur der Abscheiderdurchmesser festgelegt werden.

Ohne Demister kann im Austritt des Abscheiders dies zu großen Durchmessern führen, da der Tropfen alleine durch die Schwerkraft abgeschieden wird.

Mit Demister kann eine höhere kritische Geschwindigkeit im Behälter zugelassen werden und der Abscheider wird kleiner. Diese erhöhte Geschwindigkeit kann bis zu 250% der kritischen Geschwindigkeit betragen und wird in Abhängigkeit der Geometrie und der Stoffwerte ermittelt.

Bei vielen Betriebsfällen, speziell im Hochdruck- und Hochtemperaturbereich kann es zu Mitriss von Flüssigkeit von der Flüssigkeitsoberfläche in den oberen Abscheiderbereich kommen. Dies hängt von der Eintrittsgeschwindigkeit in der Eintrittsleitung, der Art des Zuflusses, dem Abstand zur Flüssigkeitsoberfläche, der Oberflächenspannung und den Dichten und Viskositäten der Flüssigkeit und des Gases ab. Für diese maximale Geschwindigkeit gibt es eine empirische Gleichung.

Beim mittigen Randstutzen tritt das Produkt ohne inneres Rohr ein. Bei einem Bogenstutzen wird ein Rohr bis zur Mitte geführt und unter 90° nach unter geöffnet. Im Allgemeinen hat der Stutzen den gleichen Querschnitt wie die ankommende Rohrleitung. Wenn erhöhter Mitriss von der Oberfläche festgestellt wird, (in diesem Fall vergrößert das Programm den Abstand zur Oberfläche und die Behälterlänge nimmt zu) kann das Eintrittsrohr vor dem Behälter vergrößert werden. Als Strömungsform sollte eine Schwall- oder Blasenströmung vermieden werden. Dies kann durch Wahl des Durchmessers ebenfalls beeinflusst werden.

Ein Verteiler ist ein T-förmiges Eintrittsrohr mit Schlitzen oder Löchern an der Unterseite. Die Löcher oder Schlitze haben einen Öffnungswinkel von 120°. Durch die Schlitz- oder Lochgröße kann die Austrittsgeschwindigkeit reduziert werden, und der Behälter wird kleiner.

Liegt Propfenströmung vor, oder wenn ein hoher Abscheidegrad erforderlich ist und es kann kein Demister verwendet werden, wird ein tangentialer Eintritt mit einer Ringkammer vorgesehen.

Diese Querschnitte werden vom Benutzer nach anderen Kriterien festgelegt.

Über dem Austritt der Flüssigkeit wird ein Wirbelbrecher vorgesehen (Vortex) der verhindert, dass Gas mit einem Austrittsstrudel ausgetragen wird.

Diese Höhe wird über eine empirische Gleichung bestimmt und sollte mindestens 225 mm betragen.

Diese Höhe entspricht der gewählten Verweilzeit zwischen Hoch- und Niedrigstand der Flüssigkeit

Diese Höhe ergibt sich aus der Zeit vom Hochstand bis zum Alarmstand oder Stand bei dem eine nach- oder vorgeschaltete Anlage abgeschaltet wird, z..B. wird ein nachgeschalteter Kompressor abgestellt oder der Zuflussregler zum Abscheider geschlossen.

Dieser Abstand wird für jede Art des Eintrittes individuell errechnet, damit kein Mitriss von der Oberfläche auftritt. Liegt die Höhe vom HLL bis zum ELL fest, wird der Abstand vom ELL zur Eintrittsöffnung (Verteiler, Bogen) dem notwendigen Abstand angepasst. Dieser Abstand wird nicht kleiner als der Eintrittsdurchmesser.

Nach „Hochstand (HLL) bis Produkteintritt“ beträgt dieser Abstand mindestens dem Eintrittsdurchmesser oder dem Wert, der sich aus der Mitrissbetrachtung ergibt.

Die Höhe beträgt als Vorgabe 0.75 x dem Abscheiderdurchmesser.

Höhe von Eintritt bis Demister

Höhe von Demister bis Gasaustritt

Folgende typische Grundwerte sind vorgegeben:

1.     Über dem Alarmstand (ELL) ist ein festes horizontales Rundblech im Abstand von 150 mm angebracht. Der Durchmesser ist so bemessen, dass durch den sich ergebenen Ringspalt die Flüssigkeit mit 50 mm/s strömt. Die Mindestspaltbreite sollte 50 mm nicht unterschreiten.

2.     Der Abstand vom Rundblech bis zur Einströmringkammer beträgt ein Behälterdurchmesser.

3.     Die maximale Einströmgeschwindigkeit wird durch eine empirische Gleichung nach oben auf 70 m/s begrenzt.

4.     Die Einströmkammer hat einen inneren Einsatz, so dass sich eine Ringkammer ergibt. Der Ringspalt ist nach oben geschlossen. Die Gase treten durch den inneren offenen Kernbereich nach oben aus. Die Gasgeschwindigkeit sollte in diesem Bereich nicht 300% der kritischen Geschwindigkeit überschreiten.
Ist dies nicht möglich, sollten zwei um 180° versetzte Eintrömstutzen benutzt werden. Die Ringspaltweite sollte dem Zuströmquerschnitt entsprechen. Die Höhe der Ringkammer sollte 2.5 X Einströmdurchmesser betragen. Um Erosionsabtrag im Ringspalt von der Behälteraußenwand vorzubeugen, sollte dieser Bereich durch ein Verstärkungsblech geschützt werden.

5.     Im unteren Behälterbereich sollten bis zur Höhe des Normalstandes der Flüssigkeit vier Bleche angebracht werden, um die Rotation der Flüssigkeit abzubremsen. Die Breite der Bleche sollte ca. 10% vom Behälterdurchmesser betragen.

6.     Die Höhe des Mindeststandes wird über eine empirische Gleichung bestimmt und sollte mindestens
225 mm betragen.

7.     Die Höhe über der Ringkammer sollte 0.75 x Behälterdurchmesser betragen.