海上浮式采油用油气分离器内液体晃动及阻晃实验研究

分析了引起海上浮式采油用油气分离器内液体晃动的原因,得出了分离器内晃动液体的动能和势能数学表达式.据此提出了减小分离器内液体晃动的两种方法,即通过在分离器两端装设具有一定倾斜角度的栅板及在液面上装浮板来减小液体晃动能量;设计了实验装置及实验方案;在不同的晃动频率和振幅下,测定了分离器内液体的晃动的时间历程;对实验结果进行了分析处理;提出了一种较好的减晃结构;最后给出了结论.     

海上浮式采油用油气水分离器结构改进的实验研究

为了控制海上浮式采油用油气水分离器内的液面晃动，在分离器内侧壁增设带一系列栅格的斜板及在液面增设带孔浮板，收到了很好的实验效果。从理论上探讨了这种改进结构抑制液面晃动的机理，指出低频长周期激振对减小液面晃动效果优于高频短周期激振；在液气界面晃动较大时，抑制作用也较大。     

海上乳式采油用油气水分离器结构改进的实验研究

为了控制海上浮式采油用油气水分离器内的液面晃动，在分离器内侧壁增设带一系列栅格的斜板及在液面增设带孔浮板，收于了根行的实验效果，从理论上探讨了这种改进结构液面晃动的机理，指出低频长周期激振对减小液面晃动效果优于高频短周期激振；在液气界面晃动较大时，抑制作用也较大。     

丙烷预冷系统对FLNG晃动条件的适应性实验研究

通过建立一套带有液位扰动系统的丙烷预冷液化天然气实验装置,研究丙烷预冷系统对浮式液化天然气装置(FLNG)晃动条件的适用性。实验中通过对丙烷分离器不同液位进行液位扰动来模拟晃动条件,分析丙烷预冷系统换热器在晃动条件下的温度特性。结果表明:丙烷分离器液位较低时,液位扰动对换热器的温度影响较大;随着液位的升高,液位扰动对换热器的温度影响不断减小;当液位达到一定高度后,液位扰动对换热器温度影响很小。丙烷预冷系统适用于FLNG,但在FLNG上使用须提高丙烷分离器的液位高度或分离器的位置,以降低晃动时液位波动对换热器的影响,因此,在设计时须加强安全设计和危险评估。     

海上浮式采油用的油气水分离器内的液气界面晃动分析

采用面积等效概念,把海上浮式采油用卧式圆柱形油气水分离器,转换成矩形容器,从而简化了内部液体的运动和动力边界条件。据此,对容器在海上浮式采油装置水平运动激励下的液面流动和液气界面晃动规律作分析,求出液气界面晃动的固有频率和响应。这样计算的结果与实验结果和有关文献结论相符。     

浮式液化天然气装置液位计选型方案探讨

浮式液化天然气装置(LNG FPSO)设备内介质处于周期性或无规律的晃动状态,造成波动的假液面,给液位测量和工艺过程控制带来很大影响。根据几种常用液位计的测量原理和特点,探讨晃动状态下其适应性和局限性,提出了液位计选型设计方案;分析认为几种常用液位计在LNG FPSO容器内液面晃动环境中使用时,通过采取液位计保护装置等防晃动措施,可起到缓冲、延迟波浪影响的作用,减小或消除液面晃动影响,从而提高液位测量和工艺过程控制的稳定性和安全性。     

晃动对FLNG排管式液体分布器性能的影响

随着海洋油气开发的推进,填料塔被广泛应用于海上浮式液化天然气设备(FLNG),对天然气进行预处理。填料塔的重要元器件为液体分布器,其设计的好坏直接影响到填料性能和全塔效率的发挥。排管式液体分布器因其驱动力为液体压力,能更好地适应海上晃动。为了研究海上晃动对其液体分布性能的影响,使用可以实现横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、垂荡6种单一自由度晃动的六自由度晃动平台,对排管式液体分布器进行静止、不同晃动形式和不同晃动幅度工况下的实验研究,测量各种工况下各孔口的出口流量,分析各种晃动形式和晃动幅度对其液体分布性能的影响效果。结果表明:①6种单一晃动形式中,横摇、纵摇对排管武液体分布器的孔口流量分布影响较大,横摇5°和纵摇5°使其整体不均匀度(M_o)值分别增大了35%和15%,其余晃动形式对其性能影响较小;②随着晃动幅度的增大,排管式液体分布器的液体分布性能变差,横摇8°比横摇5°的M_o值增大30%,纵摇8°比纵摇5°的M_o值增大20%左右,艏摇运动下的M_o值变化不明显。该研究成果,为排管式液体分布器在海上的应用及优化提供了技术支持。     

螺旋分离器水流动特性的CFD模拟与PIV试验

设计了一种新的螺旋分离器,采用CFD数值模拟技术对螺旋分离器的入口管段、螺旋分离段及出口管段内流体流动速度场及压力损失分布特性进行了分析,结合PIV流场测试试验对分离器的入口管段和出口管段内流体流动速度场进行了测量和对比分析。介绍了螺旋分离器油水分离的工作原理、结构参数及PIV实验流程。结果表明：该螺旋分离器螺旋导流效果明显,在螺旋分离段及出口管段内具有持续时间长、离心分离强的螺旋流分离流场;流体流过螺旋分离段后,在出口管段内可形成稳定的螺旋流场;通过对比分离器内入口管段及出口管段PIV试验速度测量值与数值模拟值,结果吻合良好,验证了模拟结果的可靠性;通过分离器的压力损耗分析,指出了螺旋分离器的主要压力损耗位置,设计工况下的分离器最大压力损耗不超过90 kPa。     

油水重力分离特性的数值研究

建立了油、水2相分离的数值模型,研究了流场流动和分离特性,并进一步分析了进口速度及油滴直径对流动和分离的影响。计算结果表明,减小分离器进口流速和流量有利于改善分离效果;混合液体中油滴的直径越大,分离效率越高。计算结果与理论规律是一致的,可为分离器结构设计及优化提供参考依据。     

轴向涡流分离器工作机理及机筒最佳锥角研究

为了研究轴向涡流分离器的结构和分离机理,促进该技术在国内的推广应用,采用涡动力学对轴向涡流分离器机筒内液体的流动情况进行研究,分析了不同转速、分流比下机筒锥角对切向速度和分离效率的影响。分别采用非结构网格和结构网格对轴向涡流分离器物理模型进行网格划分,取模型网格数量为140万个。模拟结果表明,当机筒锥角为10°时,机筒内液体的涡流半径最小而平均切向速度最大;安装有10°锥角机筒的轴向涡流分离器最佳转毂转速范围是3 100～4 300 r/min,在此转速范围内运行时分离器分离效率可达90%以上。     

单入口双进气道旋风分离器内流体的流动特性

 采用数值模拟和实验相结合的方法,对一种单入口双进气道旋风分离器内的紊流过程进行了研究。计算得到的旋风分离器内的压力降与实验数据较为吻合,验证了所采用的模型和计算方法的正确性。与普通单入口旋风分离器相比,相同处理量时,此种旋风分离器在不降低分离效率的情况下可以使压力降降低40%左右;通过特殊的双进气道设计,基本消除了普通单入口旋风分离器内旋转中心与几何中心不重合产生的涡核摆动现象,有利于提高旋风分离器的分离效率。在 FCC 沉降器内采用该旋风分离器,不仅可以大幅度降低压力降,减少能耗,而且由于在旋风分离器内形成了对称流场,有利于减少 FCC 沉降器顶旋升气管外壁的结焦。     

晃动工况下络合铁法脱硫反应器流体力学行为分析

探究晃动对鼓泡塔液位及气液分布的影响,为海上络合铁法脱硫工艺应用提供理论指导。利用自主搭建的鼓泡塔晃动实验装置,进行了鼓泡塔晃动实验;并利用CFD数值模拟软件,对晃动工况下鼓泡塔内流场分布进行了三维数值模拟。结果表明,双主管交叉式气体分布器用于鼓泡塔具有更好的均布性能,相比单管式气体分布器,气体分布不均匀度降低15.76%;晃动工况下鼓泡塔液位呈周期性变化,气体分布器浸没深度降低,液位波动幅度最高可达21.1%;整体气含率随晃动角度增加而降低,增大表观气速或降低初始液位高度可减小晃动的影响;塔内气液分布随晃动呈周期性变化,气体分布不均匀度增大,且在高径比小于1.5的塔段内,气液分布受晃动影响较为显著。     

热管型地热系统气液分离器外部流场结构优化

超长重力热管开采地热能的过程中,热管中下降的冷凝液与上升的热蒸汽易相互碰撞而引发蒸汽带液情况,通过在绝热段增设气液分离器可有效预防这一问题。介绍了新型热管型地热系统中气液分离结构（气液分离器）的特点,采用计算流体力学方法,建立了气液分离器有限元模型并对其外部流场进行模拟。通过在分离器外部空腔内设置螺旋导流板,调节气液分离器入口管高度、偏心距及螺旋导流板板螺数、螺距,进行优化分析研究。设置螺旋导流板后,液体在分离器出口处的流动更加稳定,冷凝水入口与气液分离器出口距离与压降成正比关系,入口管偏心距与内管内壁面切应力成反比关系。螺旋导流板螺数为5、螺距为200 mm时分离器出口液体的均匀性和稳定性最优。     

两种不同入口形式的旋风分离器分离性能的对比研究

采用数值模拟和实验研究的方法比较了不同进气量下,相同入口面积的Stairmand型和轴流导叶式旋风分离器的压降、分离效率和内部流场。结果表明,进气量648 m3/h时,轴流导叶式分离器内切向速度小于Stairmand分离器,进气量1080 m3/h时,轴流导叶式分离器切向速度较大;本实验条件下,轴流导叶式分离器可以明显增加内部流场的对称性和稳定性,削弱环形空间纵向环流和短路流现象;Stairmand型分离器分离效率随进气量先增大后减小,轴流导叶式分离器的效率则一直增加,且进气量小于1080 m3/h时,Stairmand型分离器分离效率较高,进气量大于1080 m3/h时,轴流导叶式分离器分离效率较高;相同进气量下,轴流导叶式分离器压降基本小于Stairmand型分离器。     

一种先旋流后膨胀型超声速分离器脱水性能实验

根据角动量守恒原理,设计加工了一套包含中心体的先旋流后膨胀型超声速旋流分离装置,并搭建室内实验系统对该分离装置的脱水性能进行研究,主要分析了压力恢复系数对露点降的影响和旋流对分离器过流能力的影响。结果表明：经先旋流后膨胀型超声速旋流分离器分离后,分离器干气出口的水露点可达到−2.8℃,露点降可达34.9℃,且露点降随着压力恢复系数的增加而减小;保持分离器的压力恢复系数小于70%时,干气出口的水露点降最少达18℃,分离器可正常工作;在不同入口压力条件下,分离器的水露点降基本相同,分离器的流量适应能力较强,脱水性能稳定;旋流强度增加将减小通过分离器的流体质量流量,只有来流的质量流量达到设计的临界流量时,分离器才可正常工作。     

旋风分离器结构改进的研究

根据旋风分离器的工作原理及应用特点 ,分析了影响旋风分离器分离效率的因素及结构存在的问题 ,并提出了改进措施 ,即内管外壁增设螺旋翼片 ,扩散形锥体改为悬挂挡板。通过实验观察 ,改进结构的旋风分离器分离效率比常规旋风分离器高。实践证明 ,对于密度差异较小的非均相物系的分离 ,只要对旋风分离器作适当改进 ,仍能取得令人满意的效果 ,这大大拓宽了旋风分离器的应用领域     

旋风分离器旋涡尾端位置的实验测量及其影响因素

为准确测量旋风分离器旋涡尾端的位置,采用筒锥式旋风分离器,通过红墨水示踪可视化地研究了分离器内流型,对轴、径向不同位置的压力信号进行了测量分析,并讨论了影响旋涡尾端位置的因素。结果表明,在分离器筒体及锥体段,静压沿径向呈V型分布,具有较大的梯度;而在料腿顶部区域,静压梯度急剧衰减,趋于平坦;这一特性可作为旋涡尾端的识别标志,由此识别的旋涡尾端位置与液体示踪显示的液环位置几乎一致。在筒体及锥体段,分离器内旋流压力信号具有一定的波动频率,而外旋流则没有明显的主频;在旋涡尾端碰壁处,壁面压力信号具有内旋流的波动频率,并有较高的幅值。旋风分离器旋涡尾端位置受入口气速的影响较小,但随着入口面积比的增加而上移,随排气管直径的增加而向下延伸。     

排气管直径对旋分器非轴对称旋转流场的影响

采用相位多普勒分析仪研究了4种不同排气管直径的旋风分离器气相非轴对称旋转流场。结果表明,实验测得的切向速度、轴向速度、湍流度分布与旋风分离器典型流场分布特点一致;随着排气管直径的减小,旋转中心与旋风分离器几何结构中心之间的偏心距也明显减小,其内部流场分布的非轴对称性减弱,有利于提高旋风分离器的分离效率,并降低因涡核摆动造成的摩擦阻力。说明合理地设置排气管直径是抑制单入口旋风分离器非轴对称旋转流动、提高旋风分离器性能的有效手段。     

油气水分离器内液相的晃荡固有频率研究

当外界激励频率与浮式生产平台用油气水分离器内液相晃荡固有频率接近时,将引发液相共振的问题。利用基于势流理论的势流体单元,建立了适用于任意三维刚性贮液容器内液相晃荡固有频率的有限元分析模型,并对油气水分离器在不同分离器筒体长度、直径和液位高度等情况下,液相晃荡固有频率的变化规律进行了研究,提出了提高液相晃荡固有频率以避开共振频带的途径和方法。结果表明:在对浮式生产平台用油气水分离器进行结构设计时,为避开共振频带,可通过减小筒体长度的方式来增大液相的纵向晃荡固有频率,通过减小筒体直径和提高分离器内液相高度的方式来增大液相的横向和混合晃荡固有频率。     

入口面积可变式旋风分离器的性能

当旋风分离器的进气流量(Q_in)小于设计流量时,分离效率会大幅降低。对此,笔者提出通过改变入口面积来保持或提高分离效率的解决方案。首先,以PV型旋风分离器为对象,通过冷态实验,对比了2种入口面积改变方式与分离效率的关系。结果表明,随着进气流量减小,入口面积减小可有效提高分离效率,且侧堵入口(BS型)的效果优于横堵入口(BT型)。流场模拟结果表明,与BT型旋风分离器相比,BS型旋风分离器的切向速度更大,径向速度峰值更小且更均匀,因此其分离效率更高。其次,设计了1种入口面积可变式(VIA型)旋风分离器,确定了入口面积调节方法,并测试了其分离性能。结果表明,当进气流量从最佳进气流量递减时,因其入口面积可随之变小,入口气速基本不变,而分离效率不降反升,并在实验范围(Q_in为2300~9700 m³/h)内一直保持较高的水平。