新型柱式气液旋流分离器数值计算
多管束管柱式气液旋流分离器的数值仿真
ＫＥＹＷ ＯＲＤＳ： Ｃ ｙ ｃ ｌ ｏ ｎ ｅ ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ； Ｔ ｕ ｒ ｂ ｕ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ； Ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ； Ｎｕ ｍｅ ｉｃ ｒ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
对单管 旋流分离器 进行优 化设计 。 国内外许 多学者用 数值
塔及解 析塔的气相 除雾 等。传统 气液 分离 器主要 有容 积式 气液分 离器 、 单管管柱式气 液旋 流分离器 Ｊ 。容积式 气液分 离器 占地面积大 ， 成本 高 ， 分离效率低 且分离效 率不 可调节 ，
单管旋 流分 离器虽然分离效率较高但 分离范 围小 、 分 离效率
ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｉ ｓ ４ ４． ９ ３ ％ 一 ８ ７ ． １ ２ ％ ．Ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ ｉ ｓ ３ ｔ ｉ ｍｅ ｓ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ｔ ｈ ａ ｔ ｏ ｆ ｏ ｎ ｌ ｙ ｏ ｎ ｅ ｔ ｕ ｂ ｅ ．
ｌ 引言
气液分 离器 可安装 在气体压 缩机 的 出人 口用 于气液分 离， 分馏塔顶冷凝冷却器后气相 除雾 ， 各种气体 水洗塔 ， 吸收
依靠 Ｃ Ｆ Ｄ软件 进行 数值 仿真 。中国石 油大学 Байду номын сангаас吴小林 采 用 数值 仿真 的方法对 天然气 化旋 流分 离器进 行 了系统 的研
究 。布鲁塞 尔大学博 士后 研究员 凯里 用数值 仿真 的方法
ｄ ｉ ｓ ｔ ｉ ｒ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｅ ａ ｃ ｈ ｔ ｕ ｂ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ ｉ ｎ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ａ ｍ ｏ ｕ ｎ ｔ ｏ ｆ ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ｔ ｕ ｂ ｅ ．Ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｏ ｆ ｓ ｅ ｐ ｒａ ａ —
气液分离器设计计算
2011，21（ 5）
冯 宇 气液分离器设计计算
19
其中：
槡 K = 4gDp 3CD
实际上较小的液滴只靠重力沉降是分离不出 来的，但这些 较 小 液 滴 可 以 聚 集 成 较 大 的 液 滴， 再通过重力沉降才能分离。在分离器中的液滴聚 集设备可以使气体通过曲折的通道，使液滴之间 或液滴与聚集设备间相互碰撞形成较大液滴。由 于聚集后的液滴直径很难预测，所以捕雾器的 K 值一般取经验值。K 值的选取便是分离器设计中比 较敏感的问题之一。对于设有捕雾器的分离器 K 值可参照表 1 选取。对于没设捕雾器的分离器，推 荐 K 值为有捕雾器分离器的一半或通过上述公式 计算出其理论 K 值。如果知道聚集液滴的尺寸， 选取曳力系数 CD，见表 1。
（ ft3 / min）
并选取停留时间并计算持液量：
VH = THQL
（ ft3 ）
（ 4） 如果不规定波动体积，则选取缓冲时间
后计算波动体积：
VS = TsQL
（ ft3 ）
低液位高度的选取，见表 2。
表 2 低液位高度选取表
分离器直径 （ ft）
≤4 6 8 10 12 16
立式分离器 LLL （ in）
缓冲时间计算得到。最小的气液分离面积 AVD 一般 被设定为 （ 1 ～ 2） ft，或是分离器内径的 20% ，然
后选取两者 之 中 的 较 大 者。 对 曳力，该力
并不象立式分离器中的那样与重力方向相反。这
里不对两维颗粒运动做详细的处理，多数文献承
（ 3） 选取停留时间并计算持液量：
VH = THQL
柱状气液分离器数值模拟
柱状气液旋流分离器数值模拟柱状气液旋流器具有体积小、处理能力大、有效分离小体积气泡、分离速度快、分离效果稳定等优点，具有广阔的应用前景。
根据油气田采出液的特点，确定旋流分离方案，检测分离气体效果。
采用混合模型对多相流动进行处理，得出了气液两相流场的分布规律和分离特性。
本文以常规气液分离器为研究对象，进行计算仿真。
利用CFD方法，采用流体力学分析软件FLUENT对分离器内部流场进行了研究和分析。
离心式气液分离器是依据离心分离原理实现相间的分离，具有结构简单、能耗低、重量轻、应用方便等优点。
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- 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进行了数值模拟研究，在模拟过程中，采用k-epsilon（2eqn）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。
1 几何模型数值模拟采用的气液旋流分离器模型如图1所示，轴向筒长1.6m（不包括两端的出口长度），入口直径60mm，气体出口直径60mm，液体出口直径60mm，分离器主体筒径为300mm。
图1 重力式旋流分离器实体模型图2 旋流器网格图2 数学模型的建立及基本方程为了建模需要，对分离器内部流场进行了理想简化，做出如下假设：①理想边界假设：认为分离器内腔壁是物理意义上的光滑无粘壁，即粘度系数为零。
②稳定性假设：在分离器工作过程中流态为定常流。
③动量守恒假设：在流体流动过程中流体瞬时的角动量守恒。
④分散向粒子模型：假定气体均为球状，并在旋流分离的过程中不发生破碎。
⑤相混合假设：假定流体在入口处分散相均匀分布于连续相液体中。
并在分散相粒 子浓度低于10%时，忽略分散相粒子间力的作用。
新型柱式气液旋流分离器数值计算
表 明 ： 液 ２相介 质 由斜 切入 口进入 柱 式旋 流 器后 ， 离心 力 、 力和 浮力 的共 同作 用下呈 螺旋运 气、 在 重 动， 并迅速 发 生分层 和分 离； 旋流 器 的轴 平 面上 ， 在 密度场 、 气相 和 液相 的体积 分数 分布都 存在 一个 “ 形过 渡 区； Ｕ” 该分 离器能有 效脱 除天 然气 中的液相 成分 。
（ ｓｌ ｕｄ Ｃ ｌ ｄｉ ｌ ｙ ｌｎ ， Ｌ Ｃ Ｇａ— ｑ ｉ ｙｉ ｒ ａ Ｃ ｃ ｅ Ｇ Ｃ ）具 有 节 能 ｉ ｎ ｃ ｏ
近年来 ， 算 流体 力 学 （ Ｆ 数 值模 拟 作 为 一 计 Ｃ Ｄ） 种花 费少 、 周期 短 、 息完 整 的研究 方法 在 内流 场模 信
２１ Ｏ １年 第 ４ 卷 Ｏ 第 ２ 期 第 ３ ４页
ｏＩ Ｌ ＦＩ ＥＬＤ
石 油 矿 场 机 械 Ｅ ＱＵＩ Ｍ Ｅ Ｐ ＮＴ
２ １ ４ （ ）：４ ３ ０ １， ０ ２ ３ ～ ７
文 章 编 号 ： ０ — ４源自２（ ０１ ） １ ０ ３ — ４ １ ０１ ３ ８ ２ １ ０ － ０ ４ ０
ＬＩ Ｃ ｅ ｇ ｂ ｎ ＸＩ ｈ ｎ — ｉ ｇ， ＯＮ Ｇ ｉ Ｊｎ
（ ｌｅ ｅｏ Ｍ ｅｈ ｍｉａ ｎ ｅｔｉａ ｇ ｎ ｅｉ ｇ， ｏ ｔｗｅｔ ｔｏ ｅ ｍ ｉｅｓｔ ， ｈ ｎ ｄｕ ６ ０ ０ Ｃｈ ｎ ） Ｃｏｌｇ ｆ ｃ ａ ｃ ｌ ｄ Ｅｌｃｒｃ ｌＥｎ ｉｅ ｒｎ Ｓ ｕｈ ｓ Ｐｅｒｌｕ Ｕｎ ｖ ｒｉ Ｃ ｅ ｇ １ ５ ０， ｉａ ａ ｙ
ｃ ｏ ． ｈｅ ｓ ｍ ｕｌｔｏ ｅ ｕ ｔ ｎｄ ｃ ｔ ｔ ｔ ｔ ｅ ｉ ｕ ｄ ｐｈ ｓ ｍ ｅ ｉ ｍ ａ ｂ ｅ ｌ ｅ ｒ ｔ ｄ ｆｏｍ ｌ ｎｅ Ｔ ｉ ａ ｉ ｎ ｒ ｓ ｌｓ ｉ ｉａ ｅ ｈａ ｈ ｌｑ ｉ ａ ｅ ｄｕ ｃｎ ｅｗ ｌ ｓ ｐａ ａ ｅ ｒ ｎａ ｕｒ ｌｇａ ｙ ｔ ｗ ｌ ｅ ｉ ｎｅ ｏ ｕｍ ｎ ｇａ —ｉ ｉ ｙｌ ｒｃ ｌｃ ｃ ｏ ． ｔ ａ ｓ ｂ ｈｅｎｅ ｙ ｄ ｓｇ ｄ ｃ ｌ ｓ ｌｑｕ ｄ ｃ ｉ ｎｄ ｉａ ｙ ｌ ｎｅ
毕业设计气液分离器
机抽用井下高效气液分离器设计摘要现在有杆泵抽油在各大油田的生产中占主导地位，但众所周知，油层除了产出原油同时还会产出大量的伴生天然气。
而这些伴生的天然气不可避免的有一部分会进入泵筒，这部分气体会占据泵筒的容积，从而造成泵筒的容液量大大的减小。
由此，我们就会想到，把这些伴生的天然气在进入泵筒之前从液体中分离出去，不让它进入泵筒内。
这样就有了井下气液分离器即气锚的出现。
现有的气液分离器大多是利用重力作用式和离心作用式。
但是由于诸多原因，现在的分离器只能在一定程度上尽量减少气体的进入量，即使气体进入量很小，其对泵效的影响也是不容小觑的。
因此设计出效果更好的气锚，仍然是很有必要的。
本设计中的气锚是利用了重力作用式与离心作用式相结合的高效气锚。
将重力分离部未能完全分离的气体在离心分离部分分离出去，以保证高效的抽油效率。
该新型气液分离器适用于气液比较高的油井。
在此分离器内设置了单独的气、液流道，更加有利于气液的分离。
该分离器是在泵上冲程抽汲时实现分离，而在泵下冲程时将气体排入油套环空关键词：气锚；重力式分离；离心式分离IAbstractNow the rod pumping is also the most important method of oil production. But as we know, the reservoir yields not only oil but also a lot of gas. And inevitably, part of the gas will enter the pump and occupy its volume. Therefore the pump’s volume for the oil will reduce seriously. So, we will thought that, separate the gas from the oil before it entering the pump. And the gas/oil separator is invented.Many separator used now use the gravity separation and centrifugal separation. But, of many reasons, to some extent they could only reduce the volume of gas which will enter the pump. Although the volume of entered gas is lot large, it will affect the pumping efficiency to a extent. So, to design a more efficient anchor is necessary.The separator I designed used the gravity separation with the centrifugal separation. In the centrifugal separator will separate the gas which is not completely separated in the gravity separator, so that the pump can have a high efficiency. This new separator is suitable for the well which has a high gas-oil ratio. It provides separated passage for the gas and oil, so the separation will be better. In this separator, separation is achieved when the pump stroking upward and exhausting the gas to the casing when the plunger going downward.Keyword: Separator；Gravity separation；Centrifugal separationII机抽用井下高效气液分离器设计目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (I)1引言 (1)1.1问题的提出与研究意义 (1)1.2国内外的研究现状 (1)1.3主要研究内容 (4)2 分离器的分气机理研究 (5)2.1现有气液分离器大致分类 (5)2.2各种分离器的分气机理 (5)2.2.1利用滑脱效应的气锚 (5)2.2.2利用离心效应 (7)2.2.3利用捕集效应 (7)2.2.4利用气帽排气效应。
管柱式气液旋流分离器速度分布数值模拟
［ 关键 词］ 气液分离 ； 旋流分离嚣； 速度分布 ； 数值模拟
［ 中图分类号 ］ Ｅ ３ Ｔ ８２
［ 献标 识码 ］ 文 Ａ
［ 文章 编号 ．６ ３５ ３ （０ ６ ０—０ ７０ ］ ７—９ ５２ ０ ）１０ １—３ １
管 柱 式 气 液 旋 流 分 离 器 是 依 靠 旋 流 离 心 力 实 现 气 液 两
第２卷 Ｏ
第 ｌ 期
管柱 式 气 液 旋 流 分 离 器 速 度分 布 数 值 模 拟
魏 洪
（ 国石 油大 学 成 人 教 育 学 院 ， 中 山东 东 营 ２ ７ ６ ） ５ ０ １
［ 摘 要 ］ 用计算流体力学原理和方法， Ｉ Ｌ 以ＳＭＰ Ｅ算法为基础， 对分离嚣内部两相流速度分布进行 了数值模拟， 计
部 装置 。 液 混合 物 由 切 向人 口进入 旋 流 分 离 器 后 形 成 的 旋 气
流 产 生 了 比重 力 高 出 许 多 倍 的 离 心 力 ， 于 气 液 相 密 度 不 由
用设 计实验用 分离 器时的实际模型 ， 离器 内径为 ｉ０ｍｍ， 分 ０
倾 斜 人 口 角 度 为 ２。 液 相 段 长 度 为 １ １ ， 相 段 长 度 为 ７， ． ５ｍ 气
维普资讯
２０ ０ ６年 ３月
中 国石 油 大 学 胜 利 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｈ ｎ ｌ Ｃｏｌｇ ｉａＵｎｖ ｒｉ ｆＰｅｒ ｌｕ ｏ ｒ ａ ｆＳ ｅ ｇｉ ｌ ｅＣｈｎ ｉｅ ｓｔ ｏ ｔｏｅ ｍ ｅ ｙ
Ｍ ａ ． ０６ ｒ ２０ Ｖ ｏ１ ２ Ｎｏ．１ ．０
模 型 仝 图 局 部 放大
图 ２ 管 柱 式 气 液 旋 流 分 离 器 网 格 模 型 系 统 图
气液旋流器旋流式分离器设计
气液旋流器旋流式分离器设计气液旋流器（Cyclone Separator）是一种常用的分离设备，适用于气体与液体或固体的分离。
它利用气体流体在旋转中的离心力，将气体中的液体或固体从气体中分离出来。
气液旋流器旋流式分离器设计的目的是提高分离效率和设备性能。
下面将详细介绍气液旋流器昂旋流式分离器的设计要点和设计原理。
1.几何形状：旋流器通常采用圆柱形状，顶部有一个圆锥形状的缓冲区。
这样设计可以提供旋转气流的平滑过渡，减少液体或固体的旋转速度。
2.尺寸：旋流器的尺寸是根据处理流量和所需的分离效率来确定的。
一般来说，较大的旋流器具有较高的分离效率，但也会增加设备的体积和成本。
3.进口和出口：旋流器的进口和出口尺寸和形状对于分离效率至关重要。
进口应该设计为旋转气流的平滑流入，出口应该设计为旋转气流的平滑流出，以避免液体或固体携带入气体中。
4.材料选择：旋流器的材料应该选用耐腐蚀性能好的材料，以适应处理流体的化学性质。
常见的材料有不锈钢、碳钢和聚合物等。
1.旋流效应：气液旋流器中的气体流体在旋转中会产生离心力，使得液体或固体被迅速分离出来。
离心力使得较重的物质靠近旋流器的外壁，而较轻的物质则靠近旋流器的中心。
2.颗粒沉降：在旋流器中，重的颗粒由于离心力的作用会沿着旋流器的壁面下降，并最终被固定在旋流器的底部。
而轻的颗粒则会顺着气流带到旋流器的顶部，再由出口排除。
3.液体回流：在旋流器的底部，设计了一个缓冲区，使得分离的液体可以回流到旋流器的底部，并进一步沉淀下来。
这样可以避免液体随着气流流出旋流器，提高分离效率。
总之，气液旋流器旋流式分离器的设计要点包括几何形状、尺寸、进口和出口设计以及材料选择。
其设计原理是利用旋转气流产生的离心力实现气体与液体或固体的分离。
通过合理的设计和选择适当的操作条件，可以提高气液旋流器旋流式分离器的分离效率和设备性能。
分离器旋流板计算工具
下旋旋流板项目名称：旋流板序号：单位米一、操作条件计算值取定值可调参数操作压力（MPa）12操作温度（℃）40气体负荷Vs（m3/s）0.0681液体负荷Ls（m3/s）0.0425气体密度ρG（kg/m3）115.7液体密度ρL（kg/m3）770二、设备基本参数旋流叶片外经Dx=0.6[VsρG0.5]0.50.51350.57罩筒内径D z=D x0.57分离器筒体内径D N=（1.1～1.4）D x0.61620.7 1.2盲板直径D m=(0.25Dx~0.4D N)0.2850.260.5叶片仰角α=22.5°～30°(25°)19叶片数量m=(24/20/12/32)20叶片厚度δ=0.003 (m)0.003三、穿孔面积和穿孔动能因子穿孔面积A0=(π/4)(D x2-D m2)[sinα-2m0.0565δ/(π(D x+D m))]穿孔动能因子F0-=V sρG0.5/A012.973穿孔速度ω0=V G/A0 1.2061四、核算动能因子F0F0=10~12,最大不超过15高压下：F0=12~25ω0第一块旋流板1.8~2.0(m/s)第二块旋流板1.2~1.5(m/s)五、其它设备参数叶片径向角β=arcsin(D m/D x)27.138叶片重叠量s=(0.03~0.04)(m)0罩筒高度h1(h z)=[(πD x/m＋s)]tgα0.03080.03积液槽高度h2=(0.08~0.1)D x0.04110.08气液分离高度h3=0.8(D x-D m)0.2480.8溢流口总面积A L=V L/u L0.2127溢流速度u L=0.2m/s0.2溢流口数n=2/3/4/6/86每个溢流口面积A L1=A L/n0.0354溢流口尺寸：圆形直径b=(A L1/0.785)0.50.2125弧形弧长L宽度bb≤0.0320.032L=(A L1-0.785b2)/b 1.0824。
柱状气液旋流器压力场和速度场模拟分析
简单 ， 是分离 器 内部 流动却 十分 复 杂 ， 统 的方 但 传
法研 究其 气 液分 离 过 程 变得 相 当 困难 ， 以很 难 所 有效 地 预测 分离 器 的性能 。 近 年来 ， 值计 算 技 术 和 湍 流模 拟理 论 迅 速 数
管） 和下 部底 流 口（ 液管 ） 排 组成 。
发展 ， 为人 们从 流体 运动 的基 本方 程 出发 ， 用 流 利 场 模 拟 的方法 ， 加 系 统 深入 地研 究 油 水 旋 流 分 更 离器 内的复 杂 流 动 现 象 提 供 了新 手 段 。 并 能
反映 旋 流器 内流 体 的 流动 规 律 。Ｇ Ｃ Ｌ Ｃ的 主要 影
气 液混 合物 人 口
流分 离 器 （ ａ—ｉｕｄ Ｃ ｌ ｄｉ ｌＣ ｃ ｎ ，简 称 Ｇ ｓＬｑ ｉ ｙ ｎ ｒ ａ ｙｌ ｅ ｉ ｃ ｏ
大的影 响 ； 溢流 口是气 体 排 出筒 体 得 以 分 离 的最 终场 所 ， 以溢 流 口直 径 的 大小 与 气 体 分 离 的 体 所
积分 数有 着重 要联 系 。笔者 通过 改变 这两 个结 构 参数 —— 人 口位置 和 溢 流 口直径 ， 行 变 参 数 模 进
３２ ２
化
工 机
械
２１ ０ ２正
柱 状 气 液 旋 流 器 压 力场 和 速 度 场 模 拟 分 析
蒋明虎 尤佳 丽 王 震‘ 马 波 赵 立新 李 枫
（ ． 北 石油 大学 机 械 科 学 与 工 程 学 院 ；． 庆 油 田有 限责 任 公 司第 二 采 油 厂 ） １东 ２大
图 ２ 截 面示 意 图
３ 模 拟 结 果 分 析
占有 重要 的地 位 。切 向速度 产生 的离 心力是 旋流 器 内两 相 分离 的基 本 前 提 。由 图 ５可 知 ， 在旋 流
分离器尺寸计算
1.1.1 分离器尺寸计算选用SMSM 气/液分离器，进入高效分离器的气体体积流量为1795m 3/h （工况下），按照壳牌高效分离器的设计标准，SMSM 气/液分离器的直径计算如下： 已知：，：， 所以气体处理能力标准： 由于，由壳牌分离器设计规范查表可知，取=0.186，取分离器直径为1100mm ，最多选择29个旋流管。
分离器高度按照壳牌公司提供的方法进行计算，见图4.16、表4.6表4.6 分离器直径及涡流管个数的确定表 D ，m涡流管个数 *m ax Q ，m³/s m ax ，m/s 0.211 0.0064 0.185 0.454 0.0256 0.161 0.505 0.0320 0.163 0.659 0.0576 0.174 0.7012 0.0768 0.200 0.8516 0.102 0.180 0.9021 0.134 0.211 0.9524 0.154 0.217 1.0529 0.186 0.214 1.1032 0.205 0.216 1.1537 0.237 0.228 1.2044 0.282 0.249 1.3052 0.333 0.251 项目高度，m 项目 高度，m X 10.5 X 5 0.22 X 20.32 X 6 0.165 X 30.3 D 1.1 X 40.1 h1.2 综上所述，DY 气田干气脱汞方案闪蒸气处理工艺中，选用壳牌SMSM 高效分离器，分离器的直径为1200mm ，高度为3200mm 。
图4.16 SMSM 高效分离器高度设计示意图1.2MEG再生塔C-2201(1)和凝析油稳定塔C-2301分别对MEG再生塔和凝析油稳定塔进行选型并对塔径和高度进行计算。
1.2.1MEG再生塔和凝析油稳定塔基础数据MEG再生塔和凝析油稳定塔均选用整装填料塔，填料采用金属板波纹填料250Y型，该种填料具有生产能力大，分离效率高，压力降小，操作弹性大，持液量小等优点。
气液旋流器旋转分离器设计
气液旋流器旋转分离器设计
简介
气液旋流器旋转分离器是一种常用于气体和液体分离的设备。
它基于涡旋流的原理，通过旋转的运动将气体和液体分开。
设计原则
在设计气液旋流器旋转分离器时，需要遵循以下原则：
1. 尺寸适当：旋流器的尺寸应根据处理气液体积和流量进行合理设计，以确保充分分离效果；
2. 旋速控制：旋流器的旋转速度需要精确控制，以保持稳定的旋流效果；
3. 分离筒设计：分离筒是气液分离的关键部分，其设计应考虑液体截留和气体排出的效率；
4. 出口设计：分离器的出口应设计成适当的形状，以避免气体和液体再混合。
设计步骤
设计气液旋流器旋转分离器的步骤如下：
1. 确定处理气液体积和流量，计算旋流器的尺寸；
2. 选择旋转装置，并确定旋转速度的控制方式；
3. 设计分离筒，考虑液体截留和气体排出的效率；
4. 设计出口，确保气体和液体的分离效果；
5. 进行模拟或试验验证设计效果。
设计优化
为了优化气液旋流器旋转分离器的设计，可以采取以下措施：
1. 优化旋流器结构，减小压力损失，并提高分离效率；
2. 控制旋转速度的精确性，以适应不同气液体积和流量的处理需求；
3. 使用高效的分离材料和涂层，提高分离效果；
4. 结合数值模拟和实验验证，不断优化设计参数。
总结
气液旋流器旋转分离器设计是一项重要且复杂的工作。
通过遵循设计原则、依次进行设计步骤，并进行优化，可以实现高效、稳定的气液分离效果。
*以上为简要说明，详细设计内容请参考相关资料和专业知识。
*。
气液分离器说明书
5.1.2气液分离器设计5.121 概述气液分离器的作用是将气液两相通过重力的作用进行气液的分离。
5.1.2.2 气液分离器设计由Aspen Plus模拟结果可知气液相密度分别为0.089kg/ 和779.542 kg/ ，气液相体积流量分别为721970.417 /h和15.318 /h。
（1）初步估算浮动（沉降）流速—步厂式中，「一浮动（沉降）流速，m/s；> -为分别为液体和气体的密度，kg/m3，分别为791.8和0.0899。
为常数，通常为0.0675。
初步估算浮动（沉降）流速6.317m/s，（2）分离器类型的选择根据HG/T 20570.8-95《气液分离器设计》的第2部分：立式和卧式重力分离器设计应用范围如下：①重力分离器适用于分离液滴直径大于200 pm的气液分离；②为提高分离效率，应尽量避免直接在重力分离器前设置阀件、加料及引起物料的转向；③液体量较多，在高液面和低液面间的停留时间在6~9mi n,应米用卧式重力分离器；④液体量较少，液面高度不是由停留时间来确定，而是通过各个调节点间的最小距离100mm来加以限制的，应采用立式重力分离器。
根据模拟数据知气液分离器的工艺参数，所以选用立式重力分离器。
（3）立式重力分离器的尺寸计算从浮动液滴的平衡条件，可以得出： ①浮动（沉降）流速—" [4 X 9.8^ X 3S0 X 1D~* X— 0.273J巧=L松J = [3^0.273=------ =6.317得=1.0由 =1.0，查雷诺数….与阻力系数一关系图，可得「「左右首先由假设氏一呗，由雷诺数Re 和阻力系数.关系图求出 ，然后由所要求的浮动液滴直径d 以及二、_，按下式来算出V,再由此式计算二。
反复迭代计算，直到前后两次迭代的 .数相等即吟「％为止，计算最终结 果-- 。
②直径计算分离器的最小直径由下面公式计算： 式中：恢十 为可能达到的最大气速。
i 4 T H II 讶>1.Fhll?1lls^—ILmgn rLi-I带入数据得：=0.0188 -----------------=0.644圆整得D=0.7m②进出口管径A气液进口管径>3.34=3.34 ----------------------=0.258m选取管规格为=240mmB气体出口管径气体出口管径要求不小于所连接的管道直径。
气液分离器设计计算
项 目
带 捕 雾 器 的分 离 器
条件
ｌ≤ Ｐ１≤ １５
１５≤Ｐ１≤４ｏ
４０≤ Ｐ１≤５５００
Ｋ值
Ｋ ＝０．１８２１＋０．００２９Ｐ ＋
０．０４６０ Ｉｎ（Ｐ）
Ｋ ＝０．３５
Ｋ：０．４３０—０．０２３ ｌｎ（Ｐ）
０≤ Ｐ２≤ １５００
气液分离器依据重力沉 降原理 ，采用 《油气 集输设 计 规范 》 ＧＢ ５０３５０—２００５及 《分 离 器规 范》 ＳＹ／Ｔ ０５１５—２００７进行 计算 和 选 取 ，并 以 以下 假设为基础 ：①悬 浮物 的运动速率 为常数 ；②分 离器 内不 发 生凝 聚 和 分 散 作 用 ；③ 液 、 固 微 粒 均 是球 形 。计算 忽 略 微 粒 沉 降 的加 速 阶段 ，仅 考 虑 分 离不 小于 ５０ｌｘｍ微 粒 的情 况 。此外 ，在计 算 中引 入 立式分 离 器 修 正 系数 Ｋ ，气 体 空 间 占有 的 空 间 面积分率 Ｋ 、气体空间占有 的高度分率 Ｋ，和长径 比 Ｋ 经验 参数 … ，这 无 疑 增加 分 离 器 计 算 的 不 确 定 性 。设 计 人 员 先 依 据 标 准 规 范 进 行 计 算 ，再 根 据 经验 及 工 程 需 要 进 行 修 正 ，有 时最 终 所 选 设 备 会 比计 算结 果 大 很 多 ，造 成 不 必 要 的 浪 费 。基 于 以上考 虑 ，综 合 多 种 计 算 方 法 得 出 分 离 器 计 算 方 法 。该 方法 不 仅 满 足 工 程 需 要 ，而 且 采 用 使 设 备 重 量最 轻 的优 化 过 程 使 投 资 最 低 ，可 为 气 液 分 离 器 选 型提供 参考 。
运行 ：
新型柱式气液旋流分离器数值计算
36
1. 3 三维湍流模型 A . J. H oekstr a( 1999) 等[ 7] 分别采用标准 k 模
型、RNGk 模型和雷诺应力模型( RSM) 以及 L DV 测速仪对旋流器进行了 CFD 模拟和试验研究, 结果 表明: 标准 k 模型和 RNGk 模型预测的轴 向速
度和切向速度的分布情况与 L DV 实测结果并不一 致; 而雷诺应力模型( RSM ) 的模拟结果则 与 LDV 测定轮廓趋势非常吻合。由此说明, 标准 k 模型 和 RN Gk 模型并不适合于计算旋流流场。雷诺应 力模型与标准 k 模型、RN Gk 模型的最大区别主 要在于: 它完全摒弃了 Boussinesq 假设, 而包含了 更多物理过程的影响, 并考虑了湍流各向异性效应, 特别是旋转效应、浮力效应、曲率效应等。在很多情 况下, 雷诺应力模型能够给出更加合乎实际情况的 计算结果。因此, 本文也选用雷诺应力模型( RSM) 来模拟气液分离器内部的湍流流场。
3) 动量守恒方程
流体系统在 x 、y 和 z 三个方向的动量守恒方
程为
(
u) t
+
div( p uu) =
-
x+
xx
t
yx
y
+
zx
z
+
Fx
( 4)
(
v t
)
+
气液分离器设计算表知识讲解
100 mm 300 mm
（设定值：
以
50
mm 圆整
HL
H1 H2 HS 圆整后增量：
0
H3 ） 50 0
以 3 ≤ L/D ≤
5 为合理标准
恢复默认 隐
完整性： 合理性1： 合理性2：
类型：
操作分析：
分析1：
分析 2：
3段
流 量
密度 尺寸
kg/h
m3/h kg/m3 mm
立式气－液分离器工艺计算 已经破解了vba密码
已经破解了其中的表格锁定
气相 N2
H3＝
300
m m
N1
H2＝
150
m m
混合进料
WV＝ WL＝
1500.0 kg/h 150.0 kg/h
QV＝ QL＝
322.6 m3/h 0.2 m3/h
H1＝
1182
m m
┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈
操作分析： 1 1
1500.0 150.0
4.7 100 892.0
1 min
1500.0 322.6 4.7 100
150.0
0.2
%设计流
量
0.0
0.0
892.0 50
重新计算
0.0
0.0
min
NOTE
操作分 结 束
恢复默认 隐 藏
整 合：
操作分析：
1
整 合：
3段
整 合：
结构合理
◆约 为操作5量1%适 中,
允许气速 分离良好
D＝
HL＝ 450 mm
N3
18
m m
液相
调试
计算过程
气－液分离： 1、 分离因子 分离常数 操作分离常数 最大气相流速 操作气相流速 2、 气相流通面积 筒体直径 ↓ 圆 整 实际流通面积 实际气相流速 3、 缓冲时间 存液容积 底部封头容积 最大液相高度 操作液相高度 4、 筒体长度 ↓ 圆 整 5、 长径比
柱式气液旋流分离器设计
柱式气液旋流分离器结构设计柱式气液旋流分离器设计【摘要】平衡钻井技术有利于防止钻井液漏失、能及时发现和保护油气层，并能提高机械钻速等。
但是由于欠平衡装备价格昂贵，制约着这一技术的发展。
鉴于这种现状，自行设计了台应用于欠平衡钻井的管柱式气液旋流分离器。
管柱式气液旋流分离器是一种带有倾斜切向入口及气体、液体出口的垂直管。
它依靠旋流离心力实现气、液两相分离，与传统的重力式分离器相比，具有结构紧凑、重量轻、投资节省成本等优点，是代替传统容积式分离器的新型分离装置。
在气液两相旋流分析的基础上，建立了预测分离性能的机理模型，该模型包括了入口分离模型、旋涡模型、气泡及液滴轨迹模型；依据机理模型，提出了管柱式旋流分离器工艺设计技术指标和工艺步骤.设计根据管柱式旋流分离器的机理模型以及设计工况，完成了管柱式旋流分离器的结构设计、强度分析、理论校核、焊接工艺设计以及分离器内气液两相流的数值模拟，为工程设计和理论设计提供一定的理论依据。
【关键词】欠平衡钻井技术旋流分离器气液两相流动分离机理模型设计Gas-liqulid Cylindrical CycloneAuthor: Wang maohui(School of Mechanical Engineering, Yangtze University) Tutor: Feng Jin (School of Mechanical Engineering, Yangtze University)【Abstract】The balanced well drilling technology is advantageous in preventing loss of circulation, can promptly discover and protect hydrocarbon zone ,also can enhance the penetration rate. But the expensive under balance equipment has restricted this technology’s s development. In view of the situation,I designed a gas-liqulid cylindrical cyclone independently for the balance under drilling .The GLCC is one kind has leans the bevelling to the entrance and the gas, the liquid exportation hangs the ascending pipe. It can realize the gas-lip fluid separation depends upon the cyclone centrifugal force. compared with the traditional gravity type separator, which has the compact structure, the lighter weight, the smaller investment and so on.It’s a new disengaging equipment which replace the traditional volume type separator. On the basis of the gas-liquid two-phase cyclone analyses , has established the forecast separation performance mechanism model, this model include the entrance separation model, the whirlpool model, the air bubble and the bubble path model; Based on the mechanism model, proposed the tube column type cyclone separator technological design technical specification and the craft step.The design basis tube column type cyclone separator mechanism model as well as the design operating mode, has completed the tube column type cyclone separator structural design, the intensity analysis, the theory examination, in the welding technological design as well as the numerical simulation of the gas-liquid two phase floe in the separator simulations, provide the certain theory basis for the engineering design and the theoretical design.【Key words】:Under balanced drilling technology ，cyclone separator, Gas-Liquid two-phase flow, separation mechanism odel ，Design柱式气液旋流分离器结构设计目录柱式气液旋流分离器设计 (1)绪论 (2)欠平衡钻井技术的发展现状和前景 (5)1、设计背景 (6)1.1 选择气液旋流分离器的意义 (6)1.2 气液旋流分离器的国内外研究现状 (7)2、方案论证 (8)2.1 旋流式气液分离方案的可行性 (8)2.2 旋流式分离器的结构及工作原理 (9)2.3 旋流式分离器的优缺点 (9)3、结构分析及设计 (10)3.1 入口设计分析 (10)3.1.1入口管分析 (10)3.1.2入口喷嘴分析.............................................................. 错误！未定义书签。
旋流器中较强旋液体流动的数值计算
A辑第14卷第3期 水动力学研究与进展 Ser.A,V o l.14,N o.3 1999年9月 JOU RNAL O F H YDROD YNAM I CS Sep.,1999旋流器中较强旋液体流动的数值计算α李建明(四川大学化工机械系,成都610065)戴光清 吴持恭(四川大学高速水力学国家重点实验室,成都610065)陈文梅(四川大学化工机械系,成都610065) 摘 要 本文针对水力旋流器中存在着较强旋流,从而引起各向异性湍流流动的特点,以强旋流场的代数应力模型为基础,得出可模拟水力旋流器中液相湍流流动的各向异性的k2Ε模型,成功地计算出其流场中的速度分布,计算结果同用L D A所测得的结果比较一致。
关键词 数学模型,湍流,旋流器分类号 O357.50 引言两相湍流理论是水力旋流器的重要分离理论之一,其研究方法分两大类,即修正系数法和现象模型法。
现象模型法以旋流器中的流场计算为基础,近年来发展较快。
文献[1]曾用涡流函数法和混合长模型对水力旋流器中的湍流作了数值模拟,其结果与实测值比较一致,该模型采用的混合长得通过实验来确定。
文献[2]建立了各向异性的k2Ε模型,成功地计算出小水力旋流器中的流场分布,然而,其雷诺应力的代数表达式比较复杂,计算量也较大。
k2Ε模型与代数应力模型相比,计算工作量较小,收敛速度较快,但由于属于各向同性模型,对于内部存在较强旋流的水力旋流器而言,其模拟的精度较差。
本文的目的就在于试图对各向同性的k2Ε模型进行改进,提出一种模型,既考虑了水力旋流器中较强旋流造成的各向异性湍流的影响,同代数应力模型相比又减少了计算工作量。
1 数值模拟除进口段外,水力旋流器中的大部分区域的流场是轴对称的,因此,为了使计算模型简化,α可假定水力旋流器中的流场为轴对称的,这样就可以用三维轴对称计算模型来描述其中的流动。
如图1所示,分别以x ,r 和Η为轴向,径向和切向坐标,以u ,v 和w 分别表示轴向,径向和切向速度,忽略重力影响,则可得到三维圆柱坐标系的标准k 2Ε模型。
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关键词: 柱式气液旋流分离器; 气液 2 相; CFD; 螺旋运动; 分离效果
中图分类号: T E921. 5
文献标识码: A
Numerical Computation of New Gas liquid Cylindrical Cyclone Separator
L I Cheng bing, XION G Jin
1. 3 三维湍流模型 A . J. H oekstr a( 1999) 等[ 7] 分别采用标准 k 模
型、RNGk 模型和雷诺应力模型( RSM) 以及 L DV 测速仪对旋流器进行了 CFD 模拟和试验研究, 结果 表明: 标准 k 模型和 RNGk 模型预测的轴 向速
度和切向速度的分布情况与 L DV 实测结果并不一 致; 而雷诺应力模型( RSM ) 的模拟结果则 与 LDV 测定轮廓趋势非常吻合。由此说明, 标准 k 模型 和 RN Gk 模型并不适合于计算旋流流场。雷诺应 力模型与标准 k 模型、RN Gk 模型的最大区别主 要在于: 它完全摒弃了 Boussinesq 假设, 而包含了 更多物理过程的影响, 并考虑了湍流各向异性效应, 特别是旋转效应、浮力效应、曲率效应等。在很多情 况下, 雷诺应力模型能够给出更加合乎实际情况的 计算结果。因此, 本文也选用雷诺应力模型( RSM) 来模拟气液分离器内部的湍流流场。
近年来, 计算流体力学( CFD) 数值模拟作为一 种花费少、周期短、信息完整的研究方法在内流场模
拟和结构优化方面得到广泛应用。目前, CFD 技术 也在旋流分离器研究中得到了应用[ 3 5] 。本文借助 于 CF D 技术对自行设计的新型柱式气液旋流分离 器进行数值模拟研究。通过数值计算, 可以清楚地 了解气、液 2 相介质在分离器内的主要流动和分离 过程, 预测气、液 2 相介质在分离器内部的体积比率 变化情况, 其研究结果将为优化柱式气液旋流分离 器的结构设计, 改善其工作性能提供理论依据。
2 数值计算物理模型与计算条件
2. 1 柱式气 液旋流分离器计算模型 切向液流以一定速度由入口进入柱式气液旋流
分离器后, 将形成旋涡, 并将由此产生作用于液体的 离心力和浮力, 其数值将比重力要高出许多倍。气、 液 2 相混合体在重力、离心力和浮力联合作用下将 迅速发生分离: 液相介质沿径向被推向外侧, 并向下 运动, 而最终从底流口排出; 而气相介质则运动到中 心, 并向上由溢流口排出, 即, 柱式气液旋流器主要 依靠旋流产生的离心力来实现气、液的高效分离, 而 入口结构决定了入口气、液 2 相分布及气液相切向 入口速度的大小。因此, 入口结构是影响柱式旋流 分离器分离特性的关键因素之一。相关的试验研究 表明[ 1] : 采用向下倾斜的入口管, 保证入口管流型呈 现分层流将在很大程度上改善气液分离效果, 扩展 柱式旋流分离器的适用范围, 最佳倾斜角为- 27 。 在重力作用下, 斜切入口管结构有利于气、液 2 相迅 速分层, 实现气、液 2 相的初步分离, 从而提高其最 终的气液分离效果。本文所设计的柱式气液旋流分 离器( GL CC) 也采用了这种斜切入口结构。
不同截面( z = 0, 0. 5, 1. 5, 2. 0, 2. 5, 3. 0 和 3. 2 m) 上气、液 2 相介质的速度矢量如图 3 所示。可以 看出, 分离器内的速度分布不均匀, 进出口附近的气 流旋转比较剧烈, 中心气流旋转速度较小, 这样不容
图 2 旋流器内部介质速度流线
进行模拟计算时, 工作介质为含有一定气体的 混合流 体。 其中, 气 体介 质 为 甲 烷, 入 口 密 度 为 0. 667 9 kg/ m3, 入口速度为 15. 4 m/ s, 体积比率为 30% ; 液体介质为水, 入口密度为 998 kg/ m3 , 入口 速度为 15. 0 m/ s, 体积比率为 70% 。操作分流比为 10% 。经过 3 141 步的迭代计算达到收敛。
3 数值计算结果及分析
3. 1 气 液 2 相在柱式旋流器内的分离过程 含一定量甲烷的水( 混合介质) 进入柱式气液旋
流分离器后, 水和甲烷在柱式旋流分离器内的速度 流线如图 2 所示。从图中可以看出, 由于斜切入口 结构, 使得气液两相介质进入柱式旋流器后, 在离心 力、重力和浮力的共同作用 下, 呈螺旋运动。由于 气、液介质密度悬殊, 密度大的分散粒子液滴被甩向 器壁。到达器壁的液滴在旋转气流的作用下, 将在 器壁上形成螺旋状薄层液流沿器壁向下流动并迅速 发生分层, 实现气、液 2 相的初步分离。图 2a 中部 分水介质的速度流线位置明显高于入口位置, 说明 未分离的气、液 2 相介质在离心力的作用下, 螺旋向 上运动。在螺旋上升过程中, 离心力逐渐减小, 气、 液 2 相介质逐渐完成分离。
收稿日期: 2010 08 25 作者简介: 李成兵( 1977 ) 男, 四川仁寿人, 副教授, 博士, 2007 年毕业于中国科学技术大 学工程力学专业, 主 要从事石油 天
然气装备及油气田工程力学的教 学与研究工作, E mail: lichbing @ mail. ustc. edu. cn。
石油 矿场 机械
2011 年 2 月
易将已分离的液滴重新卷入流场, 对分离有利。
图 1 计算模型及 蜂窝状 多面体网络
2. 2 边界条件与初始条件 计算边界条件采取如下设置: 入口边界条件
为入口速度, 速度大小根据流量计算得出, 入口湍流 值按水力直径大小及湍流强度给定, 同时给定气相 的体积分数; 溢流出口边界选取流动充分发展条 件, 同时给出分流比; 底流出口 边界条件为压 力出 口; 壁面边界条件: 流动边界 采用无滑移固 壁条 件, 并使用标准壁面函数法确定固壁附近流动。
气、液 2 相流的数值模拟包括气液间的相互干 扰计算。相间干扰即气、液 2 相间的动量、能量、质 量的交换过 程。F luent 软件提供了 3 种多相 流模 型: V OF 模 型、M ixt ure 模型 和 Eulerian 模型。本 文选用 Mix t ure 模型来对气、液 2 相流的分离过程 进行模拟计算。
2011 年 第 40 卷 第 2 期 第 34 页
石 油矿 场机 械 OIL FIELD EQUIPMENT
文章编号: 1001 3482( 2011) 01 0034 04
2011, 40( 2) : 34~ 37
新型柱式气液旋流分离器数值计算
李成兵, 熊 琎
( 西南石油大学 机电工程学院, 成都 610500)
( Co llege of M echamical and E lectr ical Engineer ing , Southw es t Petr oleum Univer sity , Chengdu 610500, China)
Abstract: CF D t echnolo gy is applied t o simulate t he separat ion process of g as l iquid in a new gas liquid cyclone separ at or designed. T he result s show ed t hat gas liquid m aterial m oves along spiral lines and rapidly separ at es each ot her under t he cent rifugal f orce, gravit y and buo yancy aft er ent e r ing t he cyclo ne separat or fr om t he oblique ent ry . T here is a U shaped t ransit ion zone of the density field and t he dist ribut ions of volume f ract ions of gas and liquid o n t he ax is plane of the cy clone. T he simulat io n result s indicat e t hat t he liquid phase medium can be w ell separat ed f rom nat ur al gas by the new ly designed column g as liquid cy lindrical cyclone. Key words: column gas liquid cylindrical cyclone; g as liquid tw o phase; CFD; spiral mo vem ent ; sep
本文所设计的柱式气液旋流分离器的主要结构 参数为: 分离器入口管直径为 d; 分离器入口管当量 长度 25d; 分离器气体出 口管直径 0. 5d; 分离器气 体出口管当量长度 5d; 液体出 口管当量长度 30d; 分离器壳体内径 7. 5d; 分离器总 体高度 82. 5d; 入 口管倾斜角为- 27 。
arat ion eff ect
目前, 常规的、主要用于陆地的天然气脱水除液 系统的结构非常庞大, 无法满足海上平台天然气的 脱水除液作业需要。海上平台天然气脱水除液设备 小型化一直是国内外石油工业高度关注的问题。相 比传统的容积式气液分离器, 柱式气液旋流分离器 ( Gas liquid Cy lindrical Cyclone, GL CC) 具有 节能 环保、结构紧凑、占地面积小、处理量大、除液率高等 优点, 能够高效地从天然气中分离出水和重烃类液 体, 且防止生成水合物[ 1 2] 。因此, 柱式气 液旋流分 离器在海洋石油装备中备受关注。
依据物理模型, 建立如图 1 所示的柱式气 液旋 流分离器的三维模型。建模时, 溢流口方向为 z 轴 正向, 底流口方向为 z 轴负向。在划分单元网格时, 采用了 蜂窝 状多面体网格单元( po lyhedra cell) 。 在保证计算精度的前提下, 有效减少了总网格数, 从 而提高了计算效率。