海域天然气水合物开采方案设计及气液分离特性分析

为了解决海域天然气水合物开采效率低、水合物大面积分解和二次生成等问题，以我国南海海域某天然气水合物开采井为例，结合降压法和热激法设计一种海域天然气水合物整体开采方案，运用数值模拟方法研究螺旋式、轴流导叶式、管柱式分离装置在不同气液比下分离效率及分离特性，同时开展气液分离实验验证结果准确性。结果表明：海域天然气水合物开采采用双管柱结构方案，生产井采用泄流面积更大的水平井方案。螺旋式分离装置适用于10%的液相含量（体积分数），优选螺旋分离装置进行海域天然气水合物气液分离，螺旋式分离装置前两圈螺旋处压降较大，压降达到325 Pa。液滴直径25～100μm时分离效率均达到了100%，分离效率随圈数的增多而增大，变化范围为79.2%～91.8%。分离效率实验与数值分析结果误差为5%，验证了气液分离数值模拟分析结果的准确性。本研究可为高效安全开发海域天然气水合物提供重要技术支持。     

天然气过滤器气液分离性能的实验研究

不同气源的天然气不仅含有固体粉尘，还含有水和轻烃等液滴成分，要求过滤分离器具有高效的除液性能，目前对过滤器的气液分离性能研究较少。为此, 以癸二酸二辛酯（DOS）为实验介质，采用称重法对天然气过滤器的气液分离性能进行了实验研究。主要考察滤芯表面滤速、气体含液浓度和液滴平均粒径对滤芯压降及过滤效率等方面的影响。结果表明：①气液分离时滤芯的压降变化与气固分离时有较大的不同，气液过滤开始的一段时间里，滤芯的压降缓慢升高，达到临界值后压降迅速升高到某一数值，之后压降基本保持稳定；②气液分离过程中，滤芯具有较好的聚结性能，聚结得到的液体所占比例较大；③丝网对气流中夹带的液滴有一定收集作用，但捕获的液滴所占比例较小；④随着滤芯表面滤速的增加，滤芯的气液分离性能也随之提高；液滴粒径和气体含液量对滤芯的气液分离性能有重要影响，过滤效率随液滴粒径和气体含液量增大而增加。     

天然气水合物气液分离方案设计与样机试制

针对海域天然气水合物降压开采过程中气相含液严重影响水合物采收率的问题,结合我国南海神狐海域天然气水合物的实际工况,提出了一种天然气水合物气液螺旋分离装置设计方案,基于压缩因子校正的理想气体状态方程和Dean-Stiel黏度模型,计算了开采地层温压条件下天然气的物性参数,结合计算的关键零部件的结构参数,完成了气液螺旋分离装置的结构设计,同时开展了天然气水合物气液螺旋分离装置的样机试制与试验测试。研究结果表明：天然气实际开采过程中,气体流量较小,液相含量较低,适宜采用螺旋分离装置;在实际开采地层中天然气的密度为130.785 kg/m³,动力黏度为0.018 2 mPa·s,确定天然气水合物气液螺旋分离装置的螺距为70 mm,圈数为7,螺旋体管外径为105.0 mm;在液相体积分数10%以下,样机分离效率整体在90%以上。研究结果可为高效安全地开发天然气水合物资源提供技术支持。     

多相除砂分离器结构的模拟筛选研究

研究多相除砂器的分离机理和数值模拟方法 ,对于完善和拓展多相分离理论具有重要的理论价值。通过对大量多相分离器结构和流动参数的数值模拟得出结论 :在多相分离器的结构参数中 (未考虑入口面积 ) ,对分离效果影响最大的是锥段的半锥角 ,其次为底流口直径。在计算流量范围内 ,入口流量越大 ,分离效率越高 ;随气液比增大 ,压降急剧下降 ,气液比大于 2 0时 ,压降变化趋于平缓。     

循环氢气液凝聚器的性能试验研究

参照加氢裂化某工业装置使用的循环氢气液凝聚器,设计制造了一台相同工艺尺寸的气液凝聚器试验模型。在实验室内进行了冷态模型试验,研究剖析了气液凝聚器入口气速、含液量和液滴大小等工艺操作参数对分离效率及压降的影响;测定了气液凝聚器在不同入口气体速度时的循环气量并分析了其外循环工作机理;进而对气液凝聚器的分离效率、压降进行了计算,计算值与试验测量值吻合;为掌握循环氢气液凝聚器的操作工艺性能和设计应用提供了试验依据。     

气体颗粒粒度对气液分离旋流器性能影响的数值模拟

针对一种用于气液两相分离的旋流器结构,采用Fluent软件,开展了分离气体颗粒粒径变化对旋流器压降、湍动能损失特性及脱气效果影响的数值模拟分析。研究结果表明,随着分离气体颗粒粒径增大,旋流器溢流出口的压降先减小后增大,旋流器溢流出口的湍动能损失增大,旋流器气相分离效率逐渐增大。     

聚结分离器气液分离性能的实验研究

为了研究气相流速和初始雾滴浓度对气液聚结分离器分离效果的影响规律,采用超声波雾化器来造雾,产生极微小的液滴,并通过重量法和湿法等动取样方法对气液聚结分离器含液率进行测量。实验结果表明,随着气流速率的增加,分离效率先显著增大,再保持较高水平。气液聚结分离器的压降也随气流速率增大逐渐增大,相关性接近正相关。初始雾滴浓度并非在所有的气流速率下,会对气液分离效率产生明显的影响。     

天然气净化用过滤元件性能测定与分析

在天然气长距离管道输送过程中,天然气夹带的固态及液态杂质严重影响压缩机组及管道的可靠运行。为此,利用天然气净化用过滤元件性能检测装置对离心压缩机干气密封过滤器滤芯的性能进行了检测。检测结果表明,所建立的检测方法可有效评价过滤元件的气液过滤性能、气固过滤性能、耐冲击性能和压溃特性;滤芯压降变化情况在不同过滤过程中存在明显差别,气液过滤中滤芯压降逐渐升高,最终在稳态阶段保持稳定,而在气固过滤中,滤芯压降始终呈增长趋势;滤芯气液过滤效率与气固过滤效率之间无对应关系,现场工况下,天然气内含有液态杂质时,宜选用气液过滤效率作为滤芯过滤性能考核指标;当滤芯工作压力波动小于0.5 MPa时,短暂的气流冲击不会影响滤芯的过滤性能。研究结果可为滤芯的选用提供试验依据。     

导叶角度对轴流式气液旋流器分离性能的影响

对于低含液浓度的气液两相流,轴流式气液旋流器具有良好的分离性能。导向叶片的几何尺寸是影响轴流式气液旋流器分离性能的重要因素,对导叶出口角度分别为15、20、25和30°的轴流式气液旋流器的试验研究显示,在稀相时,导叶角度25°的旋流器分离效率最高,导叶角度15°的旋流器分离效率最低,而导叶角度20和30°的旋流器的分离效率介于二者之间。流量一定时,轴流式旋流器的压力降随着导叶角度的增大而降低。研究还发现旋流器分离的临界速度受气体含液浓度影响不大,主要受旋流器结构尺寸的影响,对于一定的导叶角度,分离器的压力降随着流速的增加呈抛物线上升,与局部压降公式吻合。     

内联式脱液器的设计及其数值模拟

内联式脱液器是国外为满足海洋油气开采对分离设备紧凑、高效等新要求而研发的一种气液分离装置。在借鉴国外气液分离器的基础上,设计了直径为203.2 mm的内联式脱液器,并通过Ansys Fluent软件对其气液分离性能进行了三维数值模拟。模拟结果表明,所设计的内联式脱液器具有良好的气液分离效果,其分离效率随液滴粒径及进口流速的增大而增大;当液滴粒径大于70μm、进口流速大于14 m/s时,其分离效率达到99%以上。研究结果可为后续内联式脱液器的结构优化及工程应用奠定基础。     

旋流板和螺旋导叶气液分离性能对比研究

通过建立轴流导叶式气液分离器试验系统,采用试验的方法,在相同气液操作工况下对比研究了旋流板和螺旋导叶式气液分离器的压降和分离效率.试验研究结果表明,在550～1220 m3/h的处理气量范围内,旋流板气相压降比螺旋导叶气相压降低13％～35％,能耗相对更低;在不同处理气量和液滴质量浓度下,旋流板分离效率比螺旋导叶分离效...     

Evaluation of gas-liquid separation performance of natural gas filters

Fibrous filters are often used to remove contaminants including both dusts and liquid droplets from natural gas.This paper aims to evaluate the gas-liquid separation performance of three types of cartridge filters used in the West-East natural gas transmission project.The comparison of the original pressure drop of clean filters and the evolution of pressure drop as liquid droplets deposited in the filter media are described.The original pressure drops of these filters were similar but the pressure drops at a steady state were different.Fractional efficiency was used to study the separation performance of cartridge filters.Droplets at the outlet of the filters had small diameters,no more than 3 μm,but were very numerous.The effect of filtration velocity on gas-liquid separation performance was analyzed.Higher filtration velocity indicated better gas-liquid separation performance.Finally the quality factor related to pressure drop and filtration efficiency was applied to evaluate the gas-liquid separation performance.     

双层喷射立体传质塔板在催化裂化分馏塔的应用

 介绍了一种新型双层喷射立体传质塔板，该塔板具有雾沫夹带量低、液相通量大、塔板压力降低的特点，并在中国石油华北石化分公司催化裂化分馏塔上进行了应用。结果表明，该塔板可以大幅度提高塔内气、液相流体的负荷，提高装置的处理能力，而且塔板压力降低，塔板效率高，空塔动能因子可以达到3.2 (m/s)·(kg/m3)0.5，降液管溢流强度可以达到130 m3/（m.h）。分馏塔产品汽油95％点与柴油5％点脱空达到34 ℃，柴油95％点与回炼油5％点脱空达到30 ℃，油浆5％点蒸馏温度达到415 ℃。     

喷嘴湿气井两相流在线计量装置研究及应用

传统的湿气井计量大多采用分离法,存在工艺流程复杂、造价高昂、占地面积大等缺陷。研制了以喷嘴为节流元件的湿气井气液两相流在线计量装置。应用Fluent软件仿真模拟了单相气、单相液、气液两相流过装置的流动特性,计算了虚高系数,建立了气液两相含率在线计量模型。CFD研究及现场应用表明:该装置模型计量精度高,气相计量误差在5%以内,液相计量误差在8%以内。该装置结构简单,可以将温度、压力、差压、气流量、液流量集成在一个表头显示,可以异地重复使用,维护量少,降低计量设备安装与维护成本,满足气田开发工程计量的需要。     

LPT-2型液体分布器的流体力学及传质性能研究

在Φ1 000 mm的有机玻璃塔中,采用空气-氧-水物系对LPT-2型单喷头式液体分布器的流体力学性能和传质性能进行研究。结果表明：在液体流量1.0~5.0 m3/h、气体流量2 000~10 000 m3/h的条件下,LPT-2型液体分布器的压降为40~120 Pa/m,仅为高效规整干填料压降的15%左右;雾沫夹带分率为0.2%~2.4%,仅为GXD型复式导流浮阀塔板的24%左右;等板高度为0.10~0.25,与泡沫碳化硅波纹、丝网波纹等高效填料相比,在低液体流量下,传质效果接近,在高液体流量下,LPT-2型液体分布器的传质效率提高50%左右。     

LSXPT-1型双向液体喷头的研究

在 ?1 000 mm有机玻璃冷模试验装置上利用空气-水系统考察LSXPT-1型双向液体喷头的分布性能、喷出的液滴粒径、喷头入口压力、雾沫夹带等随液体流量变化的规律。结果表明：LSXPT-1型双向液体喷头的分布不均匀度系数在0.031～0.040之间,低于传统槽式液体分布器和缓冲沉降式液体分布器的分布不均匀度系数,分布性能优异;随着液体流量的增大,喷头入口压力增大,在液体流量为2.15～9.62 m3/h的范围内,喷头入口压力为 0.04～0.66 MPa;喷出的液滴粒径在1 975～2 350 μm之间,远高于当气速在3.0～4.0 m/s时因气液流动呈湍流状态液滴沉降所要求的液滴粒径（400～700 μm）;该双向液体喷头即使在空塔气速高达4 m/s时,其雾沫夹带量仍不超过7%,可允许更高的操作气速上限,提高塔的处理能力。     

同向出流气液分离器流场分析及结构参数优选

为解决常见的气液分离器气相出口含液量大和管汇连接复杂等问题,提出了一种新型同向出流式气液旋流分离装置。该装置能有效降低气相出口的液相含量,主要针对其不同结构参数开展了数值模拟及试验研究,并完成了结构参数的优选。研究结果表明:影响气相运移速度及分离性能的最佳内锥角度为2°,最佳进气孔角度为30°,最佳脱气效率模拟值为96%;随着内锥角度的增大,气相溢流管内的轴向速度呈先上升后下降的规律,内锥角度为2°时,轴向速度最大达到0.58 m/s;随着进气孔角度的增大,气相溢流管内的轴向速度基本呈上升规律,进气孔角度为30°,轴向速度最大达到0.60 m/s;优化后的气液分离器结构适用于含气体积分数区间为15%~30%,最佳分离效率为92.6%。研究结果可为同向出流气液分离器的工程应用提供理论指导。     

管柱式气-液分离器溢流压力降计算模型

溢流压力降是评价管柱式气-液分离器(Gas-liquid cylindrical cyclone,GLCC)分离性能的重要指标,目前尚未形成有效的预测方法.为了准确预测GLCC溢流压力降,笔者基于压力降沿程分布理论,结合实验观测数据,综合考虑分离器结构参数、气-液相操作参数及物性参数,建立了GLCC溢流压力降的半理论-...     

组合式上行旋风分离器的结构优化

A new gas-solid separator dedicated to heavy-oil fast pyrolysis process incorporating inertial and centrifugal separation was designed.Gas and typical fluid catalytic cracking(FCC) catalyst particles(with a density of 1500 kg/m3,and a mean diameter of 45.81 μm) were used in the study.The inlet gas velocity was kept constant at 13.36 m/s,while the solid loading at the inlet ranged from 0 to 700 g/m3.When the exhaust pipe opening was provided with two narrow-width slots near the inlet without baffles,the solid collection efficiency increased with an increasing solid loading at the inlet and was close to 95% along with a decreasing pressure drop.After increasing the secondary separation structure,the separation efficiency greatly improved.By adjusting the diameter of the secondary exhaust pipe,the separation efficiency and pressure drop could be balanced.Under the experimental conditions,when the diameter of the second exhaust pipe was equal to d=100 mm,the pressure drop was lower than 1400 Pa while the separation efficiency could exceed 99.50%;and when the diameter was equal to d=120 mm,the pressure drop was less than 700 Pa,with the separation efficiency reaching over 99.00%.     

新型导向复合塔板的性能研究

结合导向筛板与规整填料的优点,开发出具有导向功能的新型导向复合塔板。在内径60cm的玻璃塔中,采用氧气-水物系进行了实验,考察了导向复合塔板的塔板压降、雾沫夹带、漏液、单板氧解析效率等流体力学性能和传质性能,并与F1型浮阀塔板及导向固定阀塔板的性能进行了比较。由实验数据关联得到了干板压降、湿板压降和雾沫夹带率的经验式。实验结果表明,导向复合塔板的干板压降为50～200Pa,湿板压降为700～1100Pa,液流强度低于5.263m3/(m.h)时雾沫夹带率小于10%,筛孔气速大于7.9m/s时漏液率几乎为零,单板氧解析效率保持在80%以上;导向复合塔板的总体性能优于F1型浮阀塔板和导向固定阀塔板。