超声速旋流天然气分离器研究

超声速旋流分离是天然气处理工艺技术的一大突破。超声速旋流分离器依靠喷管膨胀形成低温超声速流动，依靠超声速翼形成旋流实现水及重烃分离。利用计算流体力学（CFD）技术研究了超声速旋流分离器内的流体物性及流场特性，分析了超声速旋流分离器内温度、压力、速度等特性参数的变化规律，研究了凝析液滴在超声速旋流分离器内的运动轨迹及不同粒径尺寸的液滴在分离器内的停留时间。研究表明，超声速旋流分离器水分及重烃分离效率高，能够替代传统的低温分离工艺。     

直流式旋流分离器的结构分析与优化

为研究中心体对直流式旋流分离器分离性能的影响,通过在分离器内部设置中心体,利用数值模拟的方法,对分离器内部旋流场、压力场、速度场及分离效率进行了分析。分析结果表明:增设中心体能够占据分离器内部分离死区,增强内部流场的稳定性,减少二次涡流的影响,尤其能够提高对微小液滴的分离效率;中心体直径的增大能够提高分离器的分离效率,当中心体直径与筒体直径比值大于0. 5时,液滴的分离效率显著提高,但也会造成较大的压降损失;通过研究不同气速下分离器分离效率与压降变化的规律,提出不同工况下中心体直径的取值范围,当入口气速高于10 m/s时,中心体直径与筒体直径比值取0. 5,当气速较低时,应结合现场工况对分离效率和压降的要求,增大中心体直径。所得结论可为直流式旋流分离器的优化设计及现场应用提供指导。     

旋流分离器用于天然气脱水的数值模拟研究

随着天然气工业的发展,天然气的净化处理备受关注。旋流分离器作为一种新型的净化处理装置,其结构简单、分离效率高、处理量大、经济效益好,成为气一液两相分离研究的新课题和新热点。文中用流体动力学软件Fluent对旋流分离器内部流场和液滴的运动状况进行了数值模拟研究,在模拟过程中,采用k-epsilon（2cqn）方程来模拟气相旋流流动。模拟结果表明,旋流分离器内部流场呈旋转分布,分为内、外两个流场,在不同流动区域,气体压力场、速度场分布成规则变化;液滴的运动较为复杂,带有随机性;总体运动轨迹的形状与气相流场的分布趋于一致。     

天然气液化技术研究现状及进展

系统的阐述了国内外关于天然气液化流程的研究成果,着重介绍了一种新型天然气液化技术。目前国外较大型LNG工程主要采用级联式液化流程及混合制冷剂液化流程,且已开展小型天然气液化装置的研究,并已开发了几种小型的天然气液化装置,但其液化流程主要是由大型装置演化而来,并未出现本质变化;国内LNG液化工艺流程研究起步较晚,且由于天然气气源和LNG目标市场的限制,目前投产及在建装置均属于小型天然气液化装置,国内所利用小型天然气液化流程主要为膨胀制冷循环及混合制冷剂循环。超声速旋流分离器被提出应用于天然气液化过程,目前研究表明,其能成功将天然气液化,但关于超声速旋流分离器内部天然气流动过程、液滴凝结及生长热力学过程、液化效率等还需开展进一步的研究工作。     

轴流式气-液旋流分离器分离特性

针对内部设有中心体的轴流式气-液旋流分离器,根据液滴在分离器内部旋流场的受力情况,建立分离器分离效率模型。实验发现,当液滴直径大于10 μm时,通过理论模型求得的液滴粒级分离效率与实验值吻合较好;在一定气速范围内,减小导流叶片出口角、增加中心体直径以及减小排气管直径均能够提高分离效率,即对于一定结构的分离器,存在相应的临界气速能够使分离器的分离效率达到最大值,随气速继续增大,分离效率呈下降趋势。根据实验结果提出分离器在不同工况下的设计准则,当气速高于临界气速时,为保证分离器分离效率,维持较低压降,设计导叶出口角为45°,中心体直径与筒体直径比为0.5,排气管直径与筒体直径比为0.85,分离器长度与筒体直径比为3。当入口气速低于临界气速时,可根据理论模型对分离器结构参数进行调整。     

影响低温法控制天然气露点的因素分析

实践证明，由低温法低温分离器分出的干气进入输气管道后的实际露点通常高于其分离温度。对干气实际露点高于其分离温度的影响因素进行分析，是合理确定低温法控制天然气露点方案中亟需解决的问题。文章着重从天然气取样和分析、低温分离器对雾状液滴的分离效率、一些凝析气或湿气脱除重烃后仍具有反凝析现象等方面进行了分析，并提出相应的建议或措施。其中有些措施已在长庆油田榆林天然气处理厂获得应用。     

重力式油水分离器的分离特性研究

利用重力式分离模拟试验系统,以白油和水作为工作介质,分析了6个取样口和油出口、水出口的油水分离效果,进而研究了卧式油水分离器的分离特性和流动规律。研究表明:①分离器内存在一个最佳的油水界面位置,在该位置油层中的水滴分离效果最好,油相粘度是决定该位置的重要参数;②油层厚度相同时,入口含油浓度越小,油相需要的停留时间越少,分离效率就越高,水相的分离效率与入口含油浓度无直接关系;③无内部构件的分离器底部流场存在剧烈的涡流,严重影响油水分离特性,须添加整流和聚结构件,改善分离器内部流场,促进小液滴的聚结合并,以提高油水分离效率。     

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。     

轴流导叶式旋风分离器含蜡天然气气液分离特性模拟

利用Fluent软件对轴流导叶式旋风分离器天然气脱蜡进行模拟,得到分离器内部的静压、切向速度、轴向速度分布云图及分布曲线。在介质为空气和水情况下,对比了不同进气速度和液滴粒径下分离效率和压降的模拟结果及实验结果,吻合度较高,验证了两相模拟的准确性。研究了液滴粒径、进气速度、蜡滴质量浓度和导叶片数量对分离效率的影响。结果表明,在同一进气速度下,液滴粒径越大,分离效率越高;随着进气速度的增加,天然气中蜡滴的分离效率逐渐增大;当蜡滴质量浓度小于172.4 g/m~3时,分离效率随着质量浓度的增大而增大,但是随着质量浓度的继续增大,分离效率基本不变甚至减小;随着导叶片数量的增加,蜡滴分离效率降低,二次湍流强度变弱,压降减小。     

页岩气测试平台波纹板分离器的分离性能研究

页岩气测试平台排液测试期气流的饱和含水量大,分离器内部流体运动规律复杂,现场气液分离过程的分离效率不理想。为了得到波纹板分离器各参数对其分离性能的影响规律,建立了波纹板流道的数学模型,并推导出了波纹板分离效率的理论计算公式。为了对其理论计算公式进行验证,采用FLUENT软件对影响其性能的因素进行了分析研究。研究结果表明:在一定范围内增加波纹板入口流速或减小板间距时,波纹板流道各波段内气流的加速效果明显增强;液滴的运动轨迹与气流的高速区域基本一致,当液滴粒径增大至10μm后,波纹板分离器的粒级效率曲线变陡峭,增加波纹板入口流速或减小板间距可使曲线敏感点左移,波纹板分离性能明显改善,其分离效率最高可达90%。将波纹板分离效率模拟结果与理论计算结果进行了对比,发现多流道分离效率模拟值和理论值之间的最大误差为10%左右,从而验证了理论计算方法的可靠性。研究结果可为波纹板气液分离器的设计及应用提供指导。     

天然气超音速分离器中漩涡发生器及喷管的数值模拟研究

天然气超音速分离技术是近年来发展起来的新型天然气脱水技术。漩涡发生器及喷管是天然气超音速分离器的关键部件之一。通过对直叶片、折叶片和弯叶片三种不同叶片形式的漩涡发生器的流场进行了数值模拟研究,结果表明,弯叶片的漩涡发生器具有良好的性能。此外,对天然气超音速分离器的喷管流动进行了研究。结果证明,本文采用的漩涡发生器和喷管可以获得很低的温度和强大的离心力,可以使天然气中的水蒸气冷凝成小液滴并分离出来,从而达到天然气脱水的目的。     

基于CFD的离心式气-液分离器结构设计及仿真优化

运用CFD技术优化设计了一种新型离心式气一液分离器，以去除气侵钻井液中的小气泡。通过CFD模拟，研究分析了该分离器内湍流状态下的2相流动，以及分层、分离、旋流等复杂现象。模拟结果显示，由于分离器内的运动部件——转鼓旋转，钻井液形成强迫旋流，不同密度的气、液相在离心力作用下发生分离。试验测试结果表明，该分离器试验模型的分离性能显著、稳定，保证了钻井液性能尤其是密度的稳定，从而验证了CFD的有效性。在内流场分析的基础上，对分离器试验模型进行仿真优化，改进了入口方式和转鼓结构。结果表明，切向入口有利于改善来液的流动；分离器增加1个旁通管形成循环支路后，有利于降低背压，使排气管壁上的液滴流回到分离器。     

气液分离液滴沉降动态式的推导及其理论意义

作者以重力式立式分离器的层流状态为例，从理论上阐明了液滴在进入分离器后从沉降开始的加速运动到沉降稳定为止的运动过程。它表明在分离器工程设计过程中，沉降段的高度虽然主要是为了稳定气流的需要，但同样也有着稳定沉降的作用。同时，作者还通过理论计算阐明了分离器实际可分离液滴的直径只能大于设计分离器时所设定的分离液滴直径这一设计准则。     

新型气-液-固复合分离器压力特性实验研究

针对油田油气开发的复杂性,结合多种分离技术的特点,提出开发一种新型气-液-固分离器,并简要介绍其结构和工作原理。根据模拟分析结果,利用该分离器对气液混合液进行了分离实验研究,了解了操作参数的变化对旋流器内部流场及分离效率的影响;同时验证了数值模拟结论的合理性。实验结果表明,新型气-液-固分离器具有体积小、处理能力大和脱气效率高的优点,具有良好的应用前景。     

基于气液分离的天然气双入口优化设计

天然气井采出的天然气通常含一定量的液体，这些液体不仅会堵塞管线、阀门，影响流量计计量的精确度，而且还会腐蚀设备、管道、仪表，易引起振动，破坏管道结构，严重影响集输生产管道寿命与安全，因此需尽快对采出液进行气液分离。为此，根据油气田现场采出液工况，设计了双入口气液分离器，并采用欧拉多相流模型，耦合标准k-ε湍流模型，对分离器内部的流场分布和分离特性开展了数值模拟研究。研究结果表明：(1)由于双入口的存在，分离器入口处湍流强度较小，流动较为平稳，能够增加入口气液混合液的分层程度，减少分离器下部发生折返的气体流量，进而减少气体出口带液量；(2)当入口液滴粒径大于0.1 mm时，仅有极少量的气体从液体出口流走，能够取得较好的分离效果；(3)随着分流比的减小，液体出口液体体积分数迅速增加，气体出口液体体积分数缓慢增加；(4)入口液体体积分数的变化主要影响分离后气体的纯度，对分离后液体的纯度影响较小。结论认为，在实际应用过程中，对于液滴粒径较小的来液工况，无论入口液体体积分数如何变化，均应调节分流比小于入口液体体积分数，使其液位略高于液体出口，以提高气液分离的效果。     

集冷凝和离心分离功能于一体的天然气超音速旋流分离技术

天然气超音速旋流分离技术具有结构简单紧凑、无转动部件、可靠性高、无化学添加剂、投资和维护费用低等优点,工业应用前景广阔,但由于其过程的复杂性,理论研究还不成熟。为了推进该技术的大规模工业化应用,在介绍天然气超音速旋流分离器的结构及其工作原理的基础上,阐述了其旋流流动过程、内部凝结过程和内部流动过程等数值模拟的研究新进展,分析了近年来国内外有关的实验研究现状,总结了相关数值模拟和实验研究的进展,并对未来天然气超音速旋流分离技术亟待解决的关键问题进行了展望。研究结果表明:(1)目前关于超音速旋流分离器的数值模拟研究主要集中在旋流流动过程、内部凝结过程和内部流动过程等方面,并取得了一定成果;(2)国内对超音速旋流分离器的实验研究主要集中在低压实验,而在高压天然气的凝结机理及分离机理研究等方面则可能尚存在着一定的差距。结论认为:(1)解决超音速喷管的收缩段曲线和扩张段曲线的匹配、旋流器的结构优化设计与安装位置等问题,有助于气体凝结和提高气液分离效率;(2)开展符合天然气实际操作工况的高压实验,有助于探究天然气旋流分离的凝结和分离机理;(3)亟待在准确揭示高压天然气跨音速流动时其中水分及重烃的凝结机理和分离过程方面进行深入研究,确定影响分离性能的因素,以期为天然气旋流分离器的工程设计与应用奠定坚实的理论基础。     

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。     

强吸气液分离器的设计和应用

气液分离器是石油天然气行业常用的设备,分离器的分离效果对于气田处理工艺有着非常重要的影响,传统的分离器分离原理单一,分离效果不很理想。文章介绍了强吸气液分离器的结构、试验结果和应用情况。强吸气液分离器是一种采用全新分离原理的分离设备．利用一个螺旋型通道,使气体从上至下或从下至上形成一种有序的强制旋流运动,在离心作用、吸附作用、聚结作用和重力作用下,使气液得到有效分离。经过试验．分离效果达到要求,已在国内推广使用。     

天然气脱水脱烃用SM系列分离器的研究与应用

Shell石油公司研发的SM系列分离器是一种高效的脱水、脱烃设备,对其发展历程、结构组成和工作原理进行了系统的总结,结果表明,采用重力分离与高效内构件相结合的SM系列分离器具有分离效率高、构件模块化等优点,适用于天然气脱水、脱烃装置。针对SM系列分离器开展的气-液分离应用基础研究,有助于了解其内构件工作情况及分离器内液滴平均尺寸分布情况,可为分离器内构件的结构优化设计和分离器性能的进一步提升提供参考。     

重力式油水分离器内部构件对流动特性的影响

通过数值模拟,研究了在油水分离器内放置不同构件(稳流构件以及3种入口构件)对分离器流场特性的影响.结果表明,加入不同的入口构件对分离器内初始流场影响亦不相同,但能更有效缓冲入口流体对初始流场的冲击.加入稳流构件后,能明显减小并抑制流场内部旋涡和返混,使分离器内部流场更接近柱塞流动,有利于油水两相的分离.因此,合理的内部构件可有效地提高油水分离器的分离效率.