加压系统旋风分离器的设计要点
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收稿日期：2012-11-21；修回日期：2013-01-21
为适应开工泄压等工况，进气管端部封件必 须牢固焊接并防止振动。
3.3.2 水煤气出口N1（DN500） 水煤气出口是设计中的又一个重点。为能挡
住入口气流，使气流在分离器中做螺旋运动，最 后将气流导出，在分离器内设置了排气管，接管 规格DN464 δ=6 L=1615，与水煤气出口N1焊接， 并用4个支撑件与设备壳体固定。
的管道入口设计是最常见的造成进入旋风分离器 流量不足的重要原因，其结构见A-A与B-B剖视 图。
为使气流能沿分离器筒体旋转，采用将水煤 气进口管伸入分离器的方案。进气管设有端部法 兰并与旋风分离器进口法兰连接，进口管自器壁 到端部距离为300mm，沿管道母线剖去一半， 其端部用柱面圆形盖焊封，该封件应能从入口移 出，便于检修，厚度为30mm。因该件受气流中固 体物冲刷，易于损坏，检修时应更换。为使分离 器内气体稳定旋转，该封件应保证周边光滑，防 止毛刺干扰流动，为使其具有更好的耐磨性能， 表面应喷涂0.3~0.5mm碳化铬涂层。为使气流相对 水平面产生向下倾角，进气管剖去半柱面所得矩 形法线与水平面呈60°且向下。
250
物料名称/特性
水煤气、冷凝液（易爆）
主要受压元件材料
Q345R+00Cr17Ni14Mo2
腐蚀裕量（mm）
0
焊缝接头系数（筒体 /封头）
1.0/1.0
设备直径（mm）
DN2000
全容积（m3）
33.4
保温材料
岩棉
保温厚度（mm）
110
设计使用寿命（年）
15
设备净重（kg）
57670
作者简介：何玉伟（1969—），女，辽宁葫芦岛人，大学本科，工 程师。在中航黎明锦西化工机械（集团）有限责任公司研究院长期从 事压力容器设计制造工作。
1 旋风分离器的结构 该设备筒体尺寸Dg2000×(70+4)×9600mm，
设备总高14764mm，结构简图见图1。
设备结构主要由分离器、升气管和灰斗三部 分组成。
分离器。图1中灰斗以上部分。它的下部是一 个锥体，上部为设备筒体，是含尘气流的主要运 动场所，也是气加固分离的主要场所。
排气管。在分离器内部。它的作用是挡住入 口气流，使气流在分离器中做螺旋运动，并在最 后将气流导出。
3.3.9 零部件的强度计算
封头、筒体、锥体、裙座及开孔补强等强度 计算根据GB150-2011《压力容器》进行，根据 SW6-2011 v6.0《压力容器强度设计软件包》计算
石油和化工设备 2013年第16卷
结果，确定各零部件的计算厚度和名义厚度。
3.3.10 设备制造检验的基本要求 设备制造完成后，进行水压试验时应严格控
（5）堆焊的技术要求应符合HG20584-2011 《钢制化工容器制造技术要求》中第5.5条的规 定。
（6）Q345R板材应进行模拟焊后热处理，
表2 设备材料表
零部件名称 椭圆封头 筒体 锥体Ⅰ 锥体Ⅱ 内锥体 升气管
补强管锻件
法兰锻件
材料名称 Q345R+00Cr17Ni14Mo2 Q345R+00Cr17Ni14Mo2 Q345R+00Cr17Ni14Mo2 Q345R+00Cr17Ni14Mo2
（1）基层材料Q345R钢板应满足GB713-2008 《锅炉和压力容器用钢板》的规定，供货状态为 正火，且逐张进行超声波检测，符合JB/T4730.32005中的Ⅲ级合格。
（2）筒体和封头用Q345R钢板应逐张进行拉 伸和夏比（V型缺口）横向冲击（筒体试验温度 0℃或水压试验温度-17℃中较低值。封头试验温度 为水压试验温度）试验，三个试样的平均值应不 小于34J，允许其中一个试样的冲击功值小于34J， 但不得低于24J。
3.3.6 设备保温支撑按照HG20652-1998第5.7.3 节可拆保温圈结构，与壳体相焊接的材料与壳 体相同，其余为Q235-B。螺栓、螺母分别为 GB/T5781-2000中的8.8级和GB/T6170-2000中 的8级，下封头保温支撑结构为在锥体Ⅰ、Ⅱ 外表面焊接M12方形螺母，正方形布置，间距 ≈350mm。
3.3.4 锥体Ⅰ、Ⅱ
- 20 -
论文广场
由于锥体较高、直径较大，整体成型困难。 因此设计成上下两个锥体Ⅰ、Ⅱ，壁厚分别为 （40+4）mm、（70+4）mm，锥体Ⅱ与设备筒体 等厚，并且大口端带有25mm折边，与筒体相焊 接。
为防止漩涡将容器底部杂质带出，影响产品 质量或沉积堵塞后面生产系统的液体出口，在小 锥体Ⅰ底部出口设置防涡流挡板。在锥体上设置 有爬梯，便于检修防涡流挡板。
模拟焊后热处理的工艺由制造厂根据制造工艺确 定。模拟焊后热处理后的机械性能应满足GB7132008及本图样的要求，锻件按照 NB/T 47008-2010 《承压设备用碳素钢锻件》附录A中A1要求进行 模拟焊后热处理，模拟焊后热处理后的机械性能 应满足相关标准和本图样的要求。
3.3 结构设计要点
3.3.1 水煤气进口N2（DN500/600） 水煤气进口N2的结构是设计的重点，不合适
3 产品设计
3.1设备的技术特性见表1。
表1 分离器技术特性
项目
参数
TSG R0005-2011《移动式压力
标准、法规
容器安全技术监察规程》JB/
T4710-2005《钢制塔式容器》
容器类别（级别）
Ⅲ(A2)
设计压力（MPa）
7.15
设计温度（℃）
280Biblioteka 工作压力（MPa）6.4
工作温度（进/出）（℃）
- 18 -
论文广场
石油和化工设备 2013年第16卷
图1 旋风分离器简图
第3期
何玉伟等 加压系统旋风分离器的设计要点
- 19 -
3.2 材料选择
材料的选择见表2。根据工艺条件，主要考虑 为防止气流中固体颗粒对旋风分离器内壁的冲刷 磨损以及设备制造过程中材料的焊接性能、工艺 特点和经济性，同时减少用材品种和规格。材料 的技术要求如下：
第3期
- 17 -
加压系统旋风分离器的设计要点
何玉伟，林藏华
（中航黎明锦西化工机械（集团）有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125001） [摘 要] 本文介绍了加压系统用旋风分离器的结构及性能，论述了各主要部件的设计要点，可供设计人员参考。 [关健词] 旋风分离器；工艺过程；结构设计；要点
旋风分离器的广泛使用已有一百多年的历 史。它的主要功能是除去输送介质气体中携带的 固体颗粒杂质和液滴，达到气固液分离，以保证 管道及设备的正常运行。旋风分离器是借助离心 力实现气固（液）分离的常用设备，在石化、化 工、发电领域中使用极为广泛，分离效率普遍在 90%以上。近年，我集团为某公司成功设计了一台 旋风分离器，由于正确选用了材料，采用了合理 结构，使用效果良好。
3.3.3 内锥体 为防止把本应被收集的尘粒裹挟到向上的排
出气流中而逃出分离器，急速的锥体直径变化会 造成筒体和锥体连接处的磨损，同时也阻止了收 集到的尘粒平滑地从筒体到锥体的运动，这样的 锥体下部很容易被磨损，因此，有必要在分离器 和黑水出口之间设置帮助分离的灰斗，内锥体就 起到灰斗的作用，并且内锥体上开有4-φ100平衡 孔，用于置换储液槽气体。
（3）不锈钢复合钢板应按照NB/T 47002.12009《压力容器用爆炸焊接复合板 第1部分：不锈 钢-钢复合板》规定的B1级进行检验和验收。复合 后的基层材料供货状态和机械性能应满足图样要 求。
（4）00Cr17Ni14Mo2锻件应按NB/T 470102010《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》规定的 Ⅲ级进行制造、检验和验收；16Mn锻件应按NB/T 47008-2010《承压设备用碳素钢锻件》规定的Ⅲ级 进行制造、检验和验收。
2005
技术等级
Ⅱ+Ⅰ级合格
检测方法
100%MT，100%PT
检测标准
JB/T4730.4-2005， JB/T4730.5-2005
技术等级
Ⅰ级合格
11.3(立置)/11.4(卧置)
氨渗漏
需热处理
3.3.11 设备衬里 旋风分离器进气管端部封件、顶盖、圆柱段
分离筒体内壁，排灰口需加耐磨内衬（推荐使用 316L）。具体耐磨内衬的厚度和安装方式由工程 公司推荐。衬里施工难度较大，为设备安装的最 后工序，需要在密闭环境中施工、高空作业。施 工前应进行详尽的技术交底和安全准备工作。
制水中氯离子含量不得超过25mg/L，水压试验合 格后再进行无损检测，制造检验的基本要求见表 3。
表3 制造检验基本要求
A，B类焊接接头
C，D类焊接接头 液压试验压力MPa 泄漏试验压力MPa 焊后热处理要求
检测方法
100%RT+100%UT
检测标准
JB/T4730.22005+JB/T4730.3-
00Cr17Ni14Mo2 00Cr17Ni14Mo2 00Cr17Ni14Mo2Ⅲ 16MnⅢ+堆00Cr17Ni14Mo2 00Cr17Ni14Mo2Ⅲ 16MnⅢ+堆00Cr17Ni14Mo2
规格（mm） 70+4 70+4 70+4 40+4 δ=6
DN464 δ=6 DN≤250 DN≥250 DN≤250 DN≥250
4 结语 旋风分离器在净化设备中应用最为广泛，设
计寿命为15年，改进型的旋风分离器在部分装置 中可以取代尾气过滤设备，应用前景可观。
根据工艺条件，按照现行的标准、规范设计 的这台旋风分离器，投入生产后，运转良好，满 足了生产需要。
◆参考文献 [1] GB150-2011，压力容器[S]. [2] TSG R0005-2011，移动式压力容器安全技术监察规程[S]. [3] HGT20580~20585-2011，钢制化工容器[S].
为适应开工泄压等工况，进气管端部封件必 须牢固焊接并防止振动。
3.3.2 水煤气出口N1（DN500） 水煤气出口是设计中的又一个重点。为能挡
住入口气流，使气流在分离器中做螺旋运动，最 后将气流导出，在分离器内设置了排气管，接管 规格DN464 δ=6 L=1615，与水煤气出口N1焊接， 并用4个支撑件与设备壳体固定。
的管道入口设计是最常见的造成进入旋风分离器 流量不足的重要原因，其结构见A-A与B-B剖视 图。
为使气流能沿分离器筒体旋转，采用将水煤 气进口管伸入分离器的方案。进气管设有端部法 兰并与旋风分离器进口法兰连接，进口管自器壁 到端部距离为300mm，沿管道母线剖去一半， 其端部用柱面圆形盖焊封，该封件应能从入口移 出，便于检修，厚度为30mm。因该件受气流中固 体物冲刷，易于损坏，检修时应更换。为使分离 器内气体稳定旋转，该封件应保证周边光滑，防 止毛刺干扰流动，为使其具有更好的耐磨性能， 表面应喷涂0.3~0.5mm碳化铬涂层。为使气流相对 水平面产生向下倾角，进气管剖去半柱面所得矩 形法线与水平面呈60°且向下。
250
物料名称/特性
水煤气、冷凝液（易爆）
主要受压元件材料
Q345R+00Cr17Ni14Mo2
腐蚀裕量（mm）
0
焊缝接头系数（筒体 /封头）
1.0/1.0
设备直径（mm）
DN2000
全容积（m3）
33.4
保温材料
岩棉
保温厚度（mm）
110
设计使用寿命（年）
15
设备净重（kg）
57670
作者简介：何玉伟（1969—），女，辽宁葫芦岛人，大学本科，工 程师。在中航黎明锦西化工机械（集团）有限责任公司研究院长期从 事压力容器设计制造工作。
1 旋风分离器的结构 该设备筒体尺寸Dg2000×(70+4)×9600mm，
设备总高14764mm，结构简图见图1。
设备结构主要由分离器、升气管和灰斗三部 分组成。
分离器。图1中灰斗以上部分。它的下部是一 个锥体，上部为设备筒体，是含尘气流的主要运 动场所，也是气加固分离的主要场所。
排气管。在分离器内部。它的作用是挡住入 口气流，使气流在分离器中做螺旋运动，并在最 后将气流导出。
3.3.9 零部件的强度计算
封头、筒体、锥体、裙座及开孔补强等强度 计算根据GB150-2011《压力容器》进行，根据 SW6-2011 v6.0《压力容器强度设计软件包》计算
石油和化工设备 2013年第16卷
结果，确定各零部件的计算厚度和名义厚度。
3.3.10 设备制造检验的基本要求 设备制造完成后，进行水压试验时应严格控
（5）堆焊的技术要求应符合HG20584-2011 《钢制化工容器制造技术要求》中第5.5条的规 定。
（6）Q345R板材应进行模拟焊后热处理，
表2 设备材料表
零部件名称 椭圆封头 筒体 锥体Ⅰ 锥体Ⅱ 内锥体 升气管
补强管锻件
法兰锻件
材料名称 Q345R+00Cr17Ni14Mo2 Q345R+00Cr17Ni14Mo2 Q345R+00Cr17Ni14Mo2 Q345R+00Cr17Ni14Mo2
（1）基层材料Q345R钢板应满足GB713-2008 《锅炉和压力容器用钢板》的规定，供货状态为 正火，且逐张进行超声波检测，符合JB/T4730.32005中的Ⅲ级合格。
（2）筒体和封头用Q345R钢板应逐张进行拉 伸和夏比（V型缺口）横向冲击（筒体试验温度 0℃或水压试验温度-17℃中较低值。封头试验温度 为水压试验温度）试验，三个试样的平均值应不 小于34J，允许其中一个试样的冲击功值小于34J， 但不得低于24J。
3.3.6 设备保温支撑按照HG20652-1998第5.7.3 节可拆保温圈结构，与壳体相焊接的材料与壳 体相同，其余为Q235-B。螺栓、螺母分别为 GB/T5781-2000中的8.8级和GB/T6170-2000中 的8级，下封头保温支撑结构为在锥体Ⅰ、Ⅱ 外表面焊接M12方形螺母，正方形布置，间距 ≈350mm。
3.3.4 锥体Ⅰ、Ⅱ
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由于锥体较高、直径较大，整体成型困难。 因此设计成上下两个锥体Ⅰ、Ⅱ，壁厚分别为 （40+4）mm、（70+4）mm，锥体Ⅱ与设备筒体 等厚，并且大口端带有25mm折边，与筒体相焊 接。
为防止漩涡将容器底部杂质带出，影响产品 质量或沉积堵塞后面生产系统的液体出口，在小 锥体Ⅰ底部出口设置防涡流挡板。在锥体上设置 有爬梯，便于检修防涡流挡板。
模拟焊后热处理的工艺由制造厂根据制造工艺确 定。模拟焊后热处理后的机械性能应满足GB7132008及本图样的要求，锻件按照 NB/T 47008-2010 《承压设备用碳素钢锻件》附录A中A1要求进行 模拟焊后热处理，模拟焊后热处理后的机械性能 应满足相关标准和本图样的要求。
3.3 结构设计要点
3.3.1 水煤气进口N2（DN500/600） 水煤气进口N2的结构是设计的重点，不合适
3 产品设计
3.1设备的技术特性见表1。
表1 分离器技术特性
项目
参数
TSG R0005-2011《移动式压力
标准、法规
容器安全技术监察规程》JB/
T4710-2005《钢制塔式容器》
容器类别（级别）
Ⅲ(A2)
设计压力（MPa）
7.15
设计温度（℃）
280Biblioteka 工作压力（MPa）6.4
工作温度（进/出）（℃）
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石油和化工设备 2013年第16卷
图1 旋风分离器简图
第3期
何玉伟等 加压系统旋风分离器的设计要点
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3.2 材料选择
材料的选择见表2。根据工艺条件，主要考虑 为防止气流中固体颗粒对旋风分离器内壁的冲刷 磨损以及设备制造过程中材料的焊接性能、工艺 特点和经济性，同时减少用材品种和规格。材料 的技术要求如下：
第3期
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加压系统旋风分离器的设计要点
何玉伟，林藏华
（中航黎明锦西化工机械（集团）有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125001） [摘 要] 本文介绍了加压系统用旋风分离器的结构及性能，论述了各主要部件的设计要点，可供设计人员参考。 [关健词] 旋风分离器；工艺过程；结构设计；要点
旋风分离器的广泛使用已有一百多年的历 史。它的主要功能是除去输送介质气体中携带的 固体颗粒杂质和液滴，达到气固液分离，以保证 管道及设备的正常运行。旋风分离器是借助离心 力实现气固（液）分离的常用设备，在石化、化 工、发电领域中使用极为广泛，分离效率普遍在 90%以上。近年，我集团为某公司成功设计了一台 旋风分离器，由于正确选用了材料，采用了合理 结构，使用效果良好。
3.3.3 内锥体 为防止把本应被收集的尘粒裹挟到向上的排
出气流中而逃出分离器，急速的锥体直径变化会 造成筒体和锥体连接处的磨损，同时也阻止了收 集到的尘粒平滑地从筒体到锥体的运动，这样的 锥体下部很容易被磨损，因此，有必要在分离器 和黑水出口之间设置帮助分离的灰斗，内锥体就 起到灰斗的作用，并且内锥体上开有4-φ100平衡 孔，用于置换储液槽气体。
（3）不锈钢复合钢板应按照NB/T 47002.12009《压力容器用爆炸焊接复合板 第1部分：不锈 钢-钢复合板》规定的B1级进行检验和验收。复合 后的基层材料供货状态和机械性能应满足图样要 求。
（4）00Cr17Ni14Mo2锻件应按NB/T 470102010《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》规定的 Ⅲ级进行制造、检验和验收；16Mn锻件应按NB/T 47008-2010《承压设备用碳素钢锻件》规定的Ⅲ级 进行制造、检验和验收。
2005
技术等级
Ⅱ+Ⅰ级合格
检测方法
100%MT，100%PT
检测标准
JB/T4730.4-2005， JB/T4730.5-2005
技术等级
Ⅰ级合格
11.3(立置)/11.4(卧置)
氨渗漏
需热处理
3.3.11 设备衬里 旋风分离器进气管端部封件、顶盖、圆柱段
分离筒体内壁，排灰口需加耐磨内衬（推荐使用 316L）。具体耐磨内衬的厚度和安装方式由工程 公司推荐。衬里施工难度较大，为设备安装的最 后工序，需要在密闭环境中施工、高空作业。施 工前应进行详尽的技术交底和安全准备工作。
制水中氯离子含量不得超过25mg/L，水压试验合 格后再进行无损检测，制造检验的基本要求见表 3。
表3 制造检验基本要求
A，B类焊接接头
C，D类焊接接头 液压试验压力MPa 泄漏试验压力MPa 焊后热处理要求
检测方法
100%RT+100%UT
检测标准
JB/T4730.22005+JB/T4730.3-
00Cr17Ni14Mo2 00Cr17Ni14Mo2 00Cr17Ni14Mo2Ⅲ 16MnⅢ+堆00Cr17Ni14Mo2 00Cr17Ni14Mo2Ⅲ 16MnⅢ+堆00Cr17Ni14Mo2
规格（mm） 70+4 70+4 70+4 40+4 δ=6
DN464 δ=6 DN≤250 DN≥250 DN≤250 DN≥250
4 结语 旋风分离器在净化设备中应用最为广泛，设
计寿命为15年，改进型的旋风分离器在部分装置 中可以取代尾气过滤设备，应用前景可观。
根据工艺条件，按照现行的标准、规范设计 的这台旋风分离器，投入生产后，运转良好，满 足了生产需要。
◆参考文献 [1] GB150-2011，压力容器[S]. [2] TSG R0005-2011，移动式压力容器安全技术监察规程[S]. [3] HGT20580~20585-2011，钢制化工容器[S].
