钻井液循环气液分离器作用效能研究

文中设计制作了一种气液旋流分离器,并将之组合应用于自主设计和建立的钻井液循环流动模拟实验装置。该气液旋流分离器采用筒体与内置锥体结合并具有侧斜向下进液管的构型,利用旋流分离原理实现气液分离。通过模拟实验详细研究了使用气液旋流分离器实现钻井液中气体分离的过程,考察了气液旋流分离器的分离效能以及流体流量、气流量、外接压力、流体黏度等因素对分离效能的影响。实验结果表明:在模拟实验运行条件下,气液旋流分离器的分离效能可达到90%。     

丙烯腈装置气液分离器的出口结构

气液分离器是丙烯腈生产装置的关键设备之一,用于除去气体产品中的酸雾. 分离器的出口结构是影响分离效率的关键因素之一. 本研究借助通用流体分析软件PHOENICS对气液分离器内流场进行了分析,结果发现,增大液滴向器壁运动机会和减弱二次夹带效应均有利于提高分离效率. 基于此原则,对气体出口结构进行了优化实验,并提出了最佳的分离器双层套筒出口结构. 这种结构与其他几种结构相比除雾效果更佳,不管在低空速还是高空速下都能保持较高的除雾效率,操作弹性较好. 工业应用也表明,采用双层套筒出口结构的气液分离器具有较高的除酸雾效果,优于原分离器.     

钻井液气液旋流分离器内部流场的CFD模拟

采用计算流体力学数值模拟方法研究了钻井液气液旋流分离器的内部流场,模拟出了分离器内部的压力分布、轴向速度和切向速度的变化规律,得到了钻井液气液旋流器内部流场的特征,为钻井液气液旋流器分离器的工艺设计提供了参考依据。     

一种气液分离的新方法

针对长输管线气顶排空作业的复杂性,结合多种分离技术的特点,提出了一种气液分离方法,并给出了基于该方法的分离器结构和分离原理。该分离方法和分离器能够对气液比变化范围比较大的气液混合物进行有效分离,且整体设备集成性好,结构优化、合理。通过实际输水和输油试验证明,该分离方法是可行的。     

斜板式气液分离器的设计

针时常规卧式和立式气液分离器的缺点和不足,论述了斜板式气液分离器的分离机理和结构特点,提出了采用斜板结构有利于提高气液分离效率的新思路,建立了斜板式气液分离器的理论计算公式,并以常规卧式分离器和立式分离器为例进行了对比计算。结果表明斜板式气液分离器可以提高气液分离器的分离效率,即在相同结构外径与处理量的前提下,可以缩短分离器的长度。或在相同结构条件下可以降低带出液体的粒径。     

天然气净化用旋风分离器气液分离性能

为了系统评价天然气净化用旋风分离器在含液量低时的气液分离性能,利用滤膜采样称重法和Welas在线测量法测量了旋风分离器在入口气速8～24 m·s^-1、入口液体浓度0.1～2 g·m^-3时的分离效率和粒径分布;对比了相同入口浓度下旋风分离器气液分离性能和气固分离性能的异同。实验结果表明,在入口气速为8～24 m·s^-1、入口液体浓度为0.1～2 g·m^-3时,旋风分离器的气液分离效率随着入口气速和入口液体浓度的增加而增大,而出口粒径分布范围变化很小;与气固分离相比,在相同的入口气速和入口浓度下,旋风分离器的气液分离效率要高2%～6%;另外,气液分离时出口液滴粒径不大于4 μm,而气固分离时出口有大于10 μm固体颗粒存在。     

气液分离器的优选与改进

本文以气液分离器为研究核心,针对分离器在天然气处理过程中的应用为研究对象展开讨论。对比分析了几种典型的分离设备的原理、特点和使用条件,筛选不同分离器的适用范围和推荐使用流程。同时将气液分离器分三个阶段进行改进优选,为以后的气液分离器的发展提出了方向。     

可用于MVR蒸发系统的气液分离器改进结构分析

针对常规气液分离器对微小液滴分离效率低的不足,提出一种可用于MVR蒸发系统的气液分离器结构,并采用数值模拟结合实验验证的方法对其分离特性进行研究。首先,利用数值模拟的方法分析了气液分离器内部流场和压力场,确定了影响分离效果最明显的位置,然后提出了在该位置加装不同数量3/4圆环形挡板的分离器结构。其次,模拟研究了此种新结构的分离效率和压降等分离特性以及挡板数量变化的影响规律。最后,通过实验验证的方法分析了数值模拟结果的可靠性和新结构的分离效果。研究结果表明：圆柱型筒体是影响分离器分离特性的关键部位,在气液分离器圆柱形筒体内部增加3/4环形挡板,能够增加物料切向运动的有效长度,降低物料的径向速度,从而显著提高微小液滴的分离效率,气液分离器整体压降却增加不多;而且随着环形挡板数量的增加,该结构气液分离器的分离效率和压降均明显提高。在本文计算条件下,加装3/4圆环形挡板的气液分离器结构,可以将直径在3 μm以下的液滴分离效率提高15%,而压降仅增加了200Pa。综合气液分离器效率和压降影响,加装两个3/4圆环形挡板的气液分离器性能最佳。     

螺旋片导流式分离器分离性能的数值模拟与试验研究

应用计算流体力学（CFD）方法对不同结构参数的螺旋片导流式气液分离器在湍流状态下的流体流动场进行了数值模拟,研究了螺旋个数和螺距对螺旋片导流式气液分离器分离性能的影响,并与试验测定结果对比,由此验证基于数值模拟方法设计螺旋片导流式气液分离器分离效率的可行性与准确性.分析结果表明,数值模拟结果与试验数据基本一致,可以作为螺旋片导流式气液分离器设计的有效工具.     

井下微型气液旋流分离器优化设计与性能分析

针对采油井筒内产出液含气对油田同井注采开发模式的不利影响,基于旋流分离原理提出一种井下微型气液旋流分离器结构。借助Plackett-Burman设计、最陡爬坡设计与响应曲面设计结合计算流体动力学方法,对井下微型气液旋流分离器结构参数进行显著分析及优化设计,构建了显著性结构参数与分离效率间的二次多项式数学关系。系统分析了入口进液量、分流比及气相体积分数对气液分离性能的影响规律。构建室内微型气液旋流分离性能测试系统,对数值模拟结果的准确性及优化结果的高效性进行了验证性试验。试验结果表明优化后的微型气液旋流分离器结构可使液相效率由优化前的84.10%提高到87.22%。获得了微型气液旋流分离器最佳溢流分流比为6%,最佳入口流量为13.77 L/h,最适用的气相体积分数为5.5%,最佳工况下气液平均分离效率为99.66%。为了指导分离器在不同含气量条件下的最佳运行参数调控,构建了气相体积分数及溢流分流比与分离效率间的数学关系模型,获得了不同气相体积分数条件下的最佳分流比。     

搅拌槽内中高黏物系的气液分散特性研究进展

从实验和数值模拟两方面对搅拌槽内中高黏物系条件下的气含率、气泡尺寸大小和传质特性等进行综述。讨论了搅拌桨型、操作条件、黏度或非牛顿性对气液分散特性的影响。阐明了径流式搅拌桨和上翻式轴流桨的组合能减小气穴,更适合中低黏物系的搅拌;搅拌转速比通气量的影响效果更明显,转速增加使气泡的分布均匀性变好,而提高通气速度会产生大气泡,使气泡分布不均匀程度增加;黏度或非牛顿性的增加可以改变气泡的碰撞频率,气泡平均尺寸减小。最后讨论了针对中高黏物系的计算流体力学模型的修正方法,并且展望了此领域的研究发展方向。     

鼓泡破泡一体化高效精馏塔盘流动特性与CFD模拟

就痕量精馏中塔板传质效率低、需强化气液传质的问题,研究者提出了新型鼓泡破泡一体化高效精馏塔盘,通过在筛板上泡沫层高度范围内设置一层破泡装置,打破大气泡,减小气泡体积,强制界面进行更新,从而提高传质效率。采用双欧拉模型分别对鼓泡破泡一体化塔盘和筛板进行了气液流场的数值模拟,并对模型进行了验证。对比两种塔板的计算结果可以看出：在相同操作条件下,破泡装置将大气泡破裂成无数小气泡,使高气含率区域面积较普通筛板进一步增大,且气含率梯度变化更均匀;增加破泡装置后,在相同气速条件下气泡上升速度下降,气体在液层中的滞留时间延长,使鼓泡层高度增加,可显著提高传质效率,且降低了气体雾沫夹带量;破泡装置还明显改善了气相的纵向分布,气含率由塔板底部向上逐渐增大且存在明显分界;破泡装置附近湍动较剧烈,气泡破碎喷出的气体会进一步撕裂液膜,气体破碎作用会抑制气泡聚并,促进界面的快速更新更有利于传质过程的进行。研究结果可对工业塔板设计和优化提供指导。     

脉动进料气液旋流分离器分离性能分析

为提高钻井液振动筛的气、固、液分离能力,一种以振动筛形成的脉动真空与压缩空气注入相结合的固液分离钻井方法被提出,在此基础上出现了一种采用脉动进料边界的旋流器。为分析旋流器的气液分离性能,需要探究其脉动进料条件下的最佳气液分离效率及其影响参数。为此,采用Fluent对稳定、脉动进料状态下不同结构参数的旋流分离器进行流动模拟,通过UDF函数设置脉动进料边界,并分析效率曲线得到脉动进料状态下分离器的最优参数。结果表明,脉动进料状态下的流场可以较好地实现稳定;采用频率为0.4 Hz的正弦脉冲进料气液分离效率最高,可达85.5%;在脉动进料状态下,其脉动不连续性会导致流场湍动能变大,径向压力降梯度降低,切向速度峰值降低。     

A novel arterial Wick for gas–liquid phase separation

Gas–liquid phase separation under microgravity conditions or in small-scale fluidic systems represents a challenge for two-phase liquid-continuous systems. In this study, capillary channels formed by 3-mm diameter stretched stainless-steel springs coated with a commercial superhydrophobic coating are used to remove air bubbles from water. A single channel is capable of absorbing a stream of 3.7-mm diameter bubbles impinging on a small area of the channel at a rate of over 50 bubbles/s. High-permeability walls lead to fast individual absorption events (4 ms for 2.5-mm bubbles) where bubble collapse time is limited by the inertia of the surrounding liquid. A horizontal three-channel array has been shown capable of absorbing impinging bubbles from a sparger at superficial gas velocities of 0.03 m/s. The ultimate capacity of the 3-mm diameter channel is predicted to be much higher than what could be measured with the existing apparatus. © 2018 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 65: 1340–1354, 2019     

微纳米气泡控制膜污染研究进展

膜污染是阻碍膜分离技术大规模推广应用的主要问题之一,膜污染控制技术一直都是膜科学领域的研究热点.其中,基于气液两相流的膜污染防控技术已经得到了诸多研究和广泛应用.微纳米气泡因其不同于普通大气泡的独特物理化学性质,近年来在各个领域被广泛关注,而微纳米气泡控制膜污染的研究也日益活跃.文中综述了气液两相流控制膜污染技术的相关...     

脉动条件下旋流场内气液两相流流型及其转变机理

运用高速摄像技术对流量脉动条件下旋流分离器内气泡动力学行为及气液两相流流型展开研究。研究发现,在完整脉动周期内,流量在3.62~4.18 m³/h范围内波动,流量增大段的气核整体向溢流口方向运移,流量减小段的气核整体向底流口方向运移,气核大小及形态变化呈现周期往复性。通过脉动周期内特殊帧的分析,得出流量脉动条件下旋流场内气液两相流流型主要包括：气泡流、塞状流、弹状流、丝状流及波状流等五种形式。根据实验得出的气液两相折算速度,确定了脉动条件下气液两相流流型转换界限图,而气泡间的聚并破碎行为是产生气液两相流型的主要原因,最终构建了表征截面含气量和分离效率之间关系的评价模型。     

脉动条件下旋流场内气液两相流流型及其转变机理

运用高速摄像技术对流量脉动条件下旋流分离器内气泡动力学行为及气液两相流流型展开研究。研究发现,在完整脉动周期内,流量在3.62~4.18 m³/h范围内波动,流量增大段的气核整体向溢流口方向运移,流量减小段的气核整体向底流口方向运移,气核大小及形态变化呈现周期往复性。通过脉动周期内特殊帧的分析,得出流量脉动条件下旋流场内气液两相流流型主要包括：气泡流、塞状流、弹状流、丝状流及波状流等五种形式。根据实验得出的气液两相折算速度,确定了脉动条件下气液两相流流型转换界限图,而气泡间的聚并破碎行为是产生气液两相流型的主要原因,最终构建了表征截面含气量和分离效率之间关系的评价模型。     

多旋臂气液旋流分离器压降特性试验

为强化气液离心分离过程,实现在大直径分离器内的气液旋流高效分离,设计构思了一套多旋臂气液旋流分离设备,为气液分离大型化设计提供了一种新思路。在纯气流条件及不同的旋流臂喷出气速下对该分离设备进出口静压差进行了测量,实验结果表明,旋流分离设备静压差在整个运行过程中较为稳定,有较强的可预测性,无量纲标准偏差维持在2%以内,总压降与旋流臂出口气速呈现出良好的平方关系。进一步将总压降分解为入口及旋臂摩擦损失、分离器空间内摩擦损失和出口管路摩擦损失三个部分进行详细测量,获得了各部分压降与旋流臂出口速度头的定量关联模型,发现分离器空间内摩擦阻力损失在总压降中占比最大。GLVS总压降主要受旋流臂出口气速影响,加入液相后对压降影响很小。该旋流分离设备的阻力系数与普通旋风分离器相当,根据四组不同结构尺寸的旋流头得到了阻力系数与旋流头关键设计参数的关联式,为进一步结构优化提供了参考。