柱状气液旋流器压力场和速度场模拟分析

利用计算流体动力学(CFD)方法,采用流体力学软件FLUENT,针对柱状气液旋流分离器进行了内部流场、压力场和气相浓度的分析,得到了柱状气液旋流分离器的压力降分布特性和速度分布特性。揭示了入口位置及溢流口直径对柱状气液旋流分离器分离性能的影响。经研究发现:要使柱状气液旋流分离器具有低压力损失和高分离效率的综合性能,需要将入口位置和溢流口直径控制在一定范围。     

柱状气液分离器长径比优选及实验研究

应用计算流体动力学软件FLUENT,针对柱状气液旋流分离器(GLCC)进行了气相体积分数和压力损失的分析,得到了GLCC的气相分布特性和压力降分布特性,揭示了分离器的长度和主直径对其分离性能的影响。此外,通过室内实验明确了不同操作参数对分离效果的影响,通过改变长径比的实验研究表明:长径比过大或过小都不利于分离效率的提高,得出了当长径比为10、直径为480mm时,其分离效率最高。     

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。     

气液分离器的结构设计与流场分析

设计了一种新结构气液旋流分离装置,并介绍了该装置的结构特点、尺寸参数和工作原理。基于计算流体动力学软件Fluent,采用雷诺应力模型,模拟仿真了新型气液旋流分离器的内部流场分布。同时分析了不同分流比变化对分离器内气相浓度分布、压力和速度的影响规律。气-液分离器分离效率达到80%,说明新型气-液旋流分离器的除气处理效果优越。     

离子膜装置阳极气液分离器的技术改造

针对中国石化齐鲁股份公司氯碱厂5万t／a离子膜烧碱装置运行中出现的阳极气液分离器内压力升高的现象。分别进行了100％、80％和120％3个不同负荷下，气相出料管线、液相出料管线和阳极气液分离器的物料衡算，结论是气液分离器规格小，分离空间不足。通过增大气相出料管径，改大气液分离器，使得气液分离器压力由正压变为负压，且气液分离效果好。     

柱状分离器结构改进及实验研究

分析了柱状气液分离器(GLCC)内气液两相的分离过程。针对GLCC液相带气问题改进分离器结构,安装了稳流器并采用切向底流出口。实验对比传统结构和改进结构分离器分离性能,改变稳流器的直径和高度,得到不同操作参数下的压降和效率曲线。研究表明:改进结构后压降基本不变,分离效率得到明显提高。当稳流器的直径D=18mm、高度H=80mm时分离效率达到最大值96%。     

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。     

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。     

紧急泄放下气液分离器低温特性探讨

气液分离器是油气集输站场主要生产设备。在事故工况下,气液分离器内高压气体必须快速泄放。分离器中气相泄压后可能导致容器温度降低,为保证分离器选材的合理性与经济性,有必要深入探讨紧急放空后分离器低温规律。基于紧急放空过程特点分析,结合分离器液位设置原则,动态分析了不同液位下分离器紧急放空过程中容器内残余介质的温度变化规律,探寻了影响分离器低温问题的主要因素。结果表明,不同液位下的紧急放空过程中,分离器内介质温度总体呈下降趋势;相同气相泄放容积下,分离器带液量越多,则泄放后容器内温降越小;外部与内部传热均是影响分离器低温问题的主要因素。动态模拟为合理制定分离器液位控制方案和降低分离器成本提供了技术支持。为集输站场分离器精细化设计提供了一定的参考与借鉴。     

液相介质对水平气液间歇流动的压降影响

研究了水平管内不同液相介质(水、油和不同浓度的CMC溶液)对气液两相间歇流动压降的影响. 实验管道为内径50 mm的透明有机玻璃管,从入口到分离器长约30 m,实验段由2个长3 m的水平管组成. 共记录了320组不同表观流速下的压降信号：油相0.17~1.85 m/s,水相0.17~2.48 m/s,CMC溶液0.17~1.42 m/s,气相0.06~3.40 m/s. 结果表明,液相为牛顿流体(油或水)的气液流动,随着表观气相流速的增大,压降呈增加趋势;非牛顿幂率流体(不同浓度的CMC溶液)的管道流动,当流动指数低于一定值时,压降随气相流量的增加呈降低趋势,并且低于单液相流动的压降. Lockhart-Martinelli模型过高地预测了气-非牛顿幂率流体两相的压降.     

基于液膜流型的双入口管柱式气液分离器性能研究

管柱式气液分离器(gas-liquid cylindrical cyclone,GLCC)是一种耦合离心力与重力作用的分离设备,常用于深海油气分离。气相带液(liquid carry-over,LCO)是影响GLCC分离性能的关键问题,且LCO率与GLCC上部筒体内的液膜流型有密切关系。因此,通过调控液膜流型来控制LCO率是一种可行方法。提出了一种向上分支的双入口管柱式气液分离器,并在其分支管增设一个阀门以控制两入口间流量比,达到调控液膜流型的目的。利用高速摄像机,通过改变入口气、液流量和阀门开度,系统研究了液膜的分布特征;并利用数值模拟对GLCC液膜流型、内部流线及速度特性做了研究。支路流通面积比从100%改变至0时,流经倾斜管主路的流量增多,液膜占据的筒体壁面高度沿轴向逐渐降低,且液膜集中在倾斜管主路入口附近并形成对分离性能有利的旋环流流型;模拟结果显示,在前述过程中,旋流场涡核中心逐渐稳定,有利于抑制LCO的发生。调节入口阀门开度以调控液膜流型是改善GLCC分离性能的可行手段。     

气-液旋流分离技术综述

气-液旋流分离器是依据离心分离原理实现相间的分离,与传统的依靠重力实现气液分离的容积式分离器相比,具有结构简单、能耗低、重量轻、应用方便等优点。理论和实验研究表明,改进GLCC的结构对提高其性能具有重要的影响。然而,缺少有效的预测GLCC性能的工具限制了其应用速度以及应用范围的进一步扩大。尽管如此,GLCC在石油工业中的应用已初见端倪。随着对GLCC内部流动规律的了解和设计工具的完善,GLCC必将拥有更加广阔的应用领域。     

Influence of slug flow on flow fields in a gas–liquid cylindrical cyclone separator:A simulation study

A simulation method for slug flow based on the VOF multiphase flow model was implemented in ANSYS? Fluent via a user-defined function(UDF) and applied to the dissipation of liquid slugs in the inlet pipe of a gas–liquid cylindrical cyclone(GLCC) separator while varying the expanding diameter ratio and angle of inclination. The dissipation of liquid slug in inlet pipe is analyzed under different expanding diameter ratios and inclination angles.In the inlet pipe, it is found that increasing expanding diameter ratio and inclination angle can reduce the liquid slug stability and enhancing the effect of gravity, which is beneficial to slug flow dissipation. In the cylinder, increasing the expanding diameter ratio can significantly reduce the liquid carrying depth of the gas phase but result in a slightly increase of the gas content in the liquid phase space. Moreover, increasing the inclination angle results in a decrease in the carrying depth of liquid in the vapor phase, but enhances gas–liquid mixing and increases the gas-carrying depth in the liquid phase. Taking into consideration the dual effects of slug dissipation in the inlet pipe and carrying capacity of gas/liquid spaces in the cylinder, the optimal expanding diameter ratio and inclination angle values can be determined.     

Influence of slug flow on flow fields in a gas-liquid cylindrical cyclone separator: A simulation study

A simulation method for slug flow based on the VOF multiphase flow model was implemented in ANSYS^® Fluent via a user-defined function (UDF) and applied to the dissipation of liquid slugs in the inlet pipe of a gas-liquid cylindrical cyclone (GLCC) separator while varying the expanding diameter ratio and angle of inclination. The dissipation of liquid slug in inlet pipe is analyzed under different expanding diameter ratios and inclination angles. In the inlet pipe, it is found that increasing expanding diameter ratio and inclination angle can reduce the liquid slug stability and enhancing the effect of gravity, which is beneficial to slug flow dissipation. In the cylinder, increasing the expanding diameter ratio can significantly reduce the liquid carrying depth of the gas phase but result in a slightly increase of the gas content in the liquid phase space. Moreover, increasing the inclination angle results in a decrease in the carrying depth of liquid in the vapor phase, but enhances gas-liquid mixing and increases the gas-carrying depth in the liquid phase. Taking into consideration the dual effects of slug dissipation in the inlet pipe and carrying capacity of gas/liquid spaces in the cylinder, the optimal expanding diameter ratio and inclination angle values can be determined.     

MVR系统中管柱式气液旋流分离器性能研究

机械式蒸汽再压缩技术中,蒸发器产生的蒸汽进入压缩机前需要进行气液分离,考虑到结构紧凑性与分离稳定性,本文提出采用管柱式气液旋流分离器进行此操作,对其进行了结构参数设计和Fluent数值计算。经过研究：发现溢流管和底流管尺寸对分离器性能影响较大,改变二者数值大小,当溢流管直径为50mm、底流管直径为40mm时,溢流管和底流管的气、液相体积分数可分别达到1,且满足文献中对于出口流速的要求;证明了分离器流场内外旋流与内旋流的运动规律,两者旋向相同,运动方向相反;相比较单入口,采用双入口的管柱式气液旋流分离器,内部流场参数分布高度对称,分离过程更加稳定;适当增加旋流器直径,可降低流体通过压降,缩短纯液相区与纯气相区间过渡区域,改善分离器性能。     

靖边气田复产工艺评价

针对井筒积液停产,靖边气田实施了高压氮气气举、套管引流排液、井间互联排液、连续油管伴注液氮诱喷排液、井口放喷、站内放空、小直径管＋泡排、泡排与井间互联等8种复产工艺,效果各有不同。根据对2008年靖边气田10口积液停产井复产工艺进行调研的结果,按不同分类标准,对比分析了8种复产工艺的复产效果,并分析了复产工艺的适应性,为积液停产复产工艺的推广提供依据。     

鼓泡塔气液两相流内部流场的流体力学特性

采用计算流体力学CFD软件对鼓泡塔内部4种表观气速下内部流场的流体力学行为进行模拟。分析了鼓泡塔内部整体气含率及轴截面处（X=0）液相速度随时间的变化情况;并且对比了在不同表观气速下局部气含率和液相速度在不同高度处的径向分布情况。模拟结果表明,随着时间的增大,整体气含率增大速度比较快,到达稳定时间,整体气含率不再增大。在同一高度处局部气含率随着表观气速的增大而增大。H/D<3时,液相循环流动表现为单相循环流;当H/D=3时,表现为双循环流,流型较单相复杂。     

离子液体支撑液膜技术及其在气体分离中的研究进展

分析离子液体支撑液膜的气体分离机理,总结目前离子液体支撑液膜的制备方法以及不同膜材料、不同离子液体及其亲疏水性对离子液体支撑液膜稳定性的影响。介绍离子液体支撑液膜在气体分离中的应用,对离子液体支撑液膜的工业化前景进行了展望。     

脱气除油旋流系统流场分布及分离特性

目前我国大部分油田已进入高含水阶段，且采出液中常带有大量伴生气，采用旋流分离法实现采出液高效分离对于简化陆上油田地面处理工艺及提升海上平台经济环保的采出液处理技术具有重要意义。脱气除油旋流系统由GLCC型气液分离器和油滴重构旋流器串联组成，设计的目的是在保证高效脱气的同时进一步改善对小油滴的去除效果，实现油气水三相高效分离。本文基于计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）方法，利用种群平衡模型（population balance model，PBM）模拟油滴破碎与聚结，对脱气除油旋流系统内部流场特性及粒度分布进行模拟分析，并采用数值模拟与试验相结合的研究方法，对比分析不同含气体积分数和气相出口分流比对脱气除油旋流系统分离性能的影响规律。结果表明：含气体积分数与气相出口分流比对脱气除油旋流系统分离效率的交互作用较显著，在研究范围内综合脱气效率和除油效率可以得到，含气10%、20%、30%的最佳分流比分别为25%、30%、35%，数值模拟结果与试验结果吻合良好，验证了数值模拟方法的可靠性。另外，含气体积分数越大，油滴重构旋流器的油滴分层重构现象越明显，油滴重构旋流器可以在一定程度上改善含气情况下油水分离效果差的现象，脱气除油旋流系统对油气水三相分离的适用性较好。