VBA编程在立式气液分离器设计中的应用

齐俊岭

（科洋环境工程（上海）有限公司，上海 200233）

气液分离器是根据重力沉降分离的原理，实现气液粗效分离的设备。气液分离器在石油化工行业中运用广泛。在设计中根据行业不同通常采用《油气分离器规范》（SY/T0515—2014）、《油田油气集输设计规范》（GB50350—2015）附录A以及《气-液分离器设计》（HG/T20570.8—95）进行具体计算选型。

在计算过程中，《油气分离器规范》（SY/T0515—2014）和《气-液分离器设计》（HG/T20570.8—95）的近似估算法类似，但均存在假设值和真实物流状态有较大出入的情况，造成计算结果的不准确，因此较适用于初步计算。《油田油气集输设计规范》（GB50350—2015）和《气-液分离器设计》（HG/T20570.8—95）的精确算法类似，充分考虑了液滴沉降的自由沉降速度，但自由沉降速度的计算依赖于手工查图试差计算，严重影响了计算效率[1-2]。

本文基于《气-液分离器设计》（HG/T20570.8—95）的精确算法，通过对阻力系数和雷诺数关系图进行数据回归，并完整的运用VBA 进行了立式气液分离器设计编程，实现了立式气液分离器的自动化设计计算。

1 计算原理和算法逻辑

根据《气-液分离器设计》规范[3]，计算过程主要由以下步骤和算式构成：

在计算过程中，首先假设沉降雷诺数Ret初值Reto，通过查图的方法获得阻力系数ζ值。然后根据式（2）计算出沉降速度ut，并进一步根据式（3）计算出沉降雷诺数Ret。经过和初值Reto进行比较，如果差值绝对值和精度ε差别较大，重新选择初值重复计算，否则代入式（4）计算分离器直径D和式（5）计算液位高度HL。计算过程用算法逻辑图表示（见图1）。

通过计算过程和算法逻辑图可以看出计算过程中存在对雷诺数Ret的迭代。每次迭代均需要经过多重计算步骤和查图，因此工作量较大。如果能将查图步骤以数据回归方程替代，可以实现计算机自动求解，并大幅提高设计计算效率。

图1 算法逻辑图

2 ζ-Ret的数据回归及分析

由上述分析可知，实现计算机自动求解的难点之一在于对阻力系数ζ和雷诺数Ret关系图进行数据回归，即实现式（1）的过程。

根 据ζ-Ret图形关系，需要对10-1≤Re≤102和102≤Re≤105进行分段数据回归。方程拟合型式采用多项式函数，读取样本数为200个，拟合方法采用CAD 数字化曲线线图方法实现[4]。在数据处理的过程中需要进行lgX～X 和lgY～Y 替代。拟合后式（1）如下：

在99%置信度下，曲线回归结果分析情况如表1所示。

表1 ζ-Ret曲线回归分析

曲线回归方程的拟合度以相关系数R2表示，R2接近于1，说明曲线回归方程拟合良好；在99%置信度区间内，以F检验对回归显著性进行判定F＞F查表，回归方程有意义。

3 VBA模型开发和组态

在Excel 中运用VBA 编程进行模型开发，避免了其他编程语言开发应用程序中设计安装程序的问题，同时VBA 代码经少量修改可移植入VB 或VB.net 等大型编程工具，具有应用简便、设计效率高的特点。

代码结构采用了主体Sub 过程和5个子Function 过程。主体计算在Sub 过程中实现，采用Button 动作以避免输入误操作；Function 过程中依次实现式（1）～（5）的计算，并通过主体Sub 过程实现对函数的调用。

4 模型应用

利用标准中的例题进行模型的应用验算。对比手动查图和自动计算两种方法得到的结果见表2。

表2 分离器计算结果比较

通过比较可以看出，采用本文建立的模型计算误差在1%以内，具有一定的准确度。

5 结论

本文在Excel 中运用VBA 编程实现了立式气液分离器设计的自动化。

1）该方法避免了大量的手动迭代计算，提高了设计效率。

2）该模型具有一定的准确度，可以用于设计计算。

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