柱状气液分离器入口结构数值模拟及试验研究

入口结构决定着进入柱状气液旋流分离器的气-液分布及初始切向入口速度大小。对4种入口结构形式的柱状气液旋流分离器(GLCC)的分离性能进行了数值模拟和试验研究,并将模拟结果与试验结果进行对比。模拟时考虑了入口结构形式、气体体积分数和压力降对GLCC分离性能的影响。分析结果表明,入口结构对GLCC内部气液分布具有决定性作用,具有明显压力梯度的入口结构有助于改善旋流腔内气液分布;渐缩截面型入口有助于GLCC内部形成0速度分界面,0速度分界面的形成有利于降低GLCC溢流口的气体含液量,减少短路流,提高GLCC的综合分离性能。     

含不同构件的重力式分离器内流场数值模拟

应用Fluent软件的标准κ-ε模型和多相混合模型,对重力式分离器的油水分离内流场进行了三维数值模拟,得到含有2种不同入口构件、4种不同整流构件和6种不同聚结构件的分离器内部速度矢量和流场,分析并比较了不同构件的分离特性。模拟结果表明,该方法可较好地模拟油水两相在分离器内部的流场和浓度分布;耙形入口构件、圆筒整流构件、田字板整流构件、蛇形板相向聚结构件以及斜板交错搭接聚结构件具有较好的油水分离特性。     

螺旋入口构件对立式分离器分离性能影响的数值模拟

立式分离器的入口构件同时具有降低入口流体对内部流动的不利影响和促进入口流体初步分离的作用。设计了2种螺旋入口构件,应用FLUENT软件的欧拉多相流模型及k-ε湍流模型,分析了不同操作条件及结构形式下立式分离器内气-液两相流动的特点与分离特性。研究结果表明,加入螺旋入口构件的立式分离器可进一步分离粒径较小的油滴,可在入口流量大的工况下依旧保持较高的分离效率;单层、双层螺旋入口构件均可提高分离效率,两者效果差距不大,但单层螺旋结构更为简单和紧凑。     

斜板式气液分离器的内流场CFD模拟

基于计算流体动力学(CFD),应用ANSYS-CFX软件,采用RNGk-ε模型,对卧式分离器和斜板式气液分离器内部流场进行数值模拟计算,得到了两种分离器内部流场速度矢量分布规律和气体浓度分布规律,发现斜板式气液分离器比卧式分离器分离效率有很大提高。同时分析比较了流场模拟结果,发现分离器的上筒尾部、出气管、连通管,集液筒这四处存在涡流。     

新型柱式气液旋流分离器数值计算

应用CFD技术对新型柱式气-液旋流分离器内气、液2相的分离过程进行了数值计算。结果表明：气、液2相介质由斜切入口进入柱式旋流器后,在离心力、重力和浮力的共同作用下呈螺旋运动,并迅速发生分层和分离;在旋流器的轴平面上,密度场、气相和液相的体积分数分布都存在一个＂U＂形过渡区;该分离器能有效脱除天然气中的液相成分。     

气-液柱状旋流式分离器控制策略综述

随着气-液柱状旋流式分离器(GLCC)的广泛应用,对其分离效果的要求也越来越高。通过在GLCC分离装置中引入控制系统,可以减小内部液位压力的波动,从而保证良好的气液分离效果。控制系统的优劣决定了气液分离效果的好坏,进而影响整个计量系统的性能。总结了用于GLCC的多种控制策略,并对未来控制策略的研究和应用进行了展望。     

柱状气液分离器分离效果的数值模拟分析

为了降低海管输送压力,减轻FPSO终端生产水处理负担,在采油平台新增一套油气水处理流程,流程中的气液分离器采用GLCC+立式分离器的设计。为探究处理量及液位控制等因素对其分离效果的影响,建立了新增系统中气液分离器的三维模型。借助ANSYS FLUENT的Mixture多相流模型对分离器内流场进行数值模拟,分析了在不同处理量工况下和液位控制对分离效率的影响。研究结果表明:将分离器液位控制在80～100 cm,可以保证在平台采取各种增产措施的处理量工况下,液相出口的含气体积分数在2%以下,避免对下游油水分离设备产生影响,同时,气相出口携液体积分数控制在5%左右,含油体积分数在0. 5%以下;分离器气相出口气体的洁净度未达到气浮选装置气源气的要求。研究结果可为海上采油平台油气水处理设备的选型、设计及工作参数的优化提供参考。     

离心式气液分离器主要结构参数分析

在用于高密度、高粘度气侵钻井液的除气分离系统中,离心式气液分离器作为第二级分离器,其结构对分离性能有很大影响。为了提高离心式气液分离器的分离效率,需对其结构参数作进一步分析。按照正交试验方法,运用CFD商业软件对离心式气液分离器内流场进行了全三维数值模拟;分析了25个典型工况下每种模型内部气液两相流的运动情况和分布状况,得到了所有工况条件下分离器的分离效率;探讨了分离器主要结构参数对分离器分离效率的影响,提出了基于数值模拟基础上的理想分离器模型。     

叶片式气液分离器的数值模拟研究

利用计算流体力学方法对叶片式气液分离器内的流场进行数值模拟研究,主要研究气相速度以及旋流叶片的倾角对气液分离器压降以及液滴脱除效果的影响。结果表明:气液分离器压降与气相进口速度的平方呈正比;大直径液滴在气液分离器内呈现“V”型分布,且气相速度以及旋流叶片角度对其影响显著,除雾效果高;小直径液滴在气液分离器内呈现较为均匀的分布,相较于气相速度,旋流叶片角度(15°)更能显著影响其脱除效率。     

液相物性对双入口管柱式气液分离器液膜流型的影响

管柱式气液分离器(GLCC)是一种耦合离心力与重力的分离设备,液相介质物性对其两相流型及分离性能有显著影响。分别以水、甘油溶液和T55导热油为液相介质,空气为气相介质,采用高速摄像机对直径74 mm的双入口GLCC倾斜入口管的气液流型和上部筒体的液膜流型进行了高帧率可视化研究,发现：倾斜入口管内气液流型为分层流、环状流;上部筒体内液膜流型为旋环流、过渡流、搅混流与鳞状流,进一步分析了液相介质物性对气液流型及液膜流型的影响机理。结果表明：液相黏度越大,倾斜入口管内分层流越稳定,预分离效果越佳;上方次入口内环状流侧壁液膜厚度越薄,上部筒体内搅混液膜越容易被向上携带;同时,液膜的稳定性越差,旋环流越易发展为搅混液膜甚至鳞状流,越易导致气相携液现象(LCO)发生。引入无量纲气、液相特征参数,得到了旋环流与搅混流的流型转变判别式,可间接表征不同液相介质双入口GLCC液膜流型与分离性能的关系,对确定GLCC最优工况区间具有指导意义。     

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。     

单入口双进气道旋风分离器内冲蚀特性

采用雷诺应力湍流模型、离散相模型和改进的冲蚀模型对一种单入口双进气道旋风分离器内的气 固紊流及冲蚀过程进行了数值模拟,得到旋风分离器内壁面冲蚀速率详细分布规律。结果表明,固体颗粒对旋风分离器内壁的冲蚀主要发生在蜗壳上顶板、蜗壳与筒体连接段及排尘口处;在旋风分离器分离空间内,由上至下旋流稳定性逐渐减弱,导致壁面冲蚀速率逐渐增大。与普通单入口旋风分离器相比,在相同处理量时,单入口双进气道旋风分离器内形成的轴对称稳定旋流可以有效减弱颗粒与壁面的碰撞和磨削,从而明显降低壁面摩擦阻力损失和冲蚀速率,有利于旋风分离器的压降降低和长周期稳定运行。     

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。     

聚结构件倾角对分离器分离效果影响的数值模拟

通过流体力学软件Fluent对不同倾角聚结构件进行了建模及数值模拟,研究分离器聚结构件倾角对分离效果的影响.结果表明:聚结构件对流体有阻碍作用,相对于倾角为30°、60°的聚结构件来说,45°时对流体速度的阻碍作用较小;油滴上浮及水的下沉速度随着倾角的增大而加快,分离速度提高;但加快的油滴流动速度不利于油滴在板上的聚结.     

排气管插入长度对旋流分离器分离性能的影响

排气管的结构形式对旋流分离器的性能影响较大。采用数值模拟方法研究了扩散锥形排气管插入长度对旋流分离器分离性能的影响。利用Fluent中提供的RSM模型对旋流器内气相流场进行了数值计算,计算时只考虑连续相对颗粒产生的曵力作用。分析结果表明,增大排气管插入深度,分离器切向速度的最大值变小,压力损失减小;分离器分离效率随着第2项体积分数的增大而变大,当排气管插入深度在0.8a～1.0a时分离效率最大,当插入深度过大时导致环形空间变小,既增大了压降又促使短路流的形成;排气管最佳的插入深度为0.8a～1.0a。     

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。     

新型高效离心式气液分离器设计与试验研究

针对常规离心式分离器进行结构改进,开发出新型离心式气液分离器。通过试验证明,该分离器解决了在一定压力下气液分离经常出现的气、液夹带现象,改善了气液分离用离心式分离设备气、液2相流的流场,使分离器对于气、液2相混合流中粒径在3~8μm以上的液体组分分离效率达到90%以上。     

双梯度钻井分离器设计及其分离效率的研究

针对目前双梯度钻井中分离器的分离效率低的技术难题,设计了能够对空心球实现高效分离的过滤分离器.对过滤分离器的结构以及工作原理进行了介绍,基于分离器的结构,建立了工具的物理模型,依据给定的边界条件对其进行了强度校核,验证了工具的可靠性.根据工具的内部流场结构,建立了流体域物理模型,并结合多孔介质模型和欧拉多相流模型对分离...