旋流分离理论在气-液分离器设计中的应用

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旋流式液气分离器的设计

毕业论文(设计)题目名称：旋流式液气分离器的设计题目类型：毕业设计学生姓名：狄磊院(系)：机械工程学院专业班级：装备10901班指导教师：张琴辅导教师：时间：至目录毕业论文（设计）任务书 (Ⅰ)开题报告 (Ⅱ)指导教师审查意见 (Ⅲ)评阅教师评语 (Ⅳ)答辩会议记录 (Ⅴ)中文摘要 (Ⅵ)外文摘要 (Ⅶ)1 绪论 (7)选择旋流式液气分离器的意义 (7)国内外现状和进展趋势 (7)国外现状和进展趋势 (7)国内现状和进展趋势 (9)2 方案论证 (9)旋流式液气分离方案的可行性 (9)旋流式分离器的结构及工作原理 (10)3 分离器的整体设计 (11)旋流器的直径和长度的计算 (11)分离器结构设计 (13)分离器整体结构设计 (13)脱气结构 (15)钻井液入口的尺寸 (15)旋流器的结构设计 (15)外筒体的设计 (17)接口管设计 (18)外部结构 (21)4、要紧零部件的设计及校核计算 (22)筒体和封头的壁厚计算 (22)外容器筒体、封头壁厚计算 (22)旋流器筒体封头壁厚计算 (24)人孔 (25)人孔选择 (25)人孔补强 (26)支座 (26)分离器的总质量 (26)支座的选用及安装要求 (28)5 分离器的安装 (28)焊接 (28)安装顺序 (29)6 壳体的有限元分析 (32)7 总结 (35)参考文献 (37)致谢 (39)附录一 (40)附录二 (43)旋流式液气分离器的设计学生：狄磊，长江大学机械工程学院指导教师：张琴，长江大学机械工程学院【摘要】旋流分离器，是一种利用离心沉降原理将非均相混合物中具有不同密度的相分离的机械分离设备。

在具有密度差的混合物以必然的方式及速度从入口进入旋流分离器后，在离心力场的作用下，密度大的相被甩向周围，并顺着壁面向下运动，作为底流排出；密度小的相向中间迁移，并向上运动，最后作为溢流排出。

如此就达到了分离的目的。

旋流分离技术可用于液液分离、气液分离、固液分离、气固分离等。

旋流分离技术研究及其应用

万方数据万方数据第５期蒋明虎：旋流分离技术研究及其应用左右，水中含油质量浓度降到２０００ｍｇ／Ｌ以下；水出口再经一级旋流处理后，含油质量浓度可降到１０００ｍｇ／Ｌ以下．同常规工艺流程相比，采用旋流分离设备实现中转站提前放水，可节约一次性投资，并且每年可节约耗电费用．同时，由于设备占地面积小及联合站处理工艺的简化，还可节省土地资源，产生显著的经济效益和社会效益［２９。

．该技术成果已在大庆油田的７座中转站获得推广应用（见图２），每年处理采出液的规模达１１５０万ｔ，累计可为油田创造经济效益６０００余万元．在井下分离方面，如采用预分离旋流器与双流泵相图２水力旋流器在油田采出液预分离方面的应用配合，可直接在井下对采出液进行处理，使其含水率由９０％以上降到５０％～８０％，在降低原油地面处理成本的同时，也简化了油田地面水处理工艺及设备［３１－３引．随着采出液含水率的不断提高，实施井下旋流分离及同井注采工艺将成为油田未来稳产的一个主要方向．２．１．３相关配套技术在研究中，探讨旋流分离技术在应用中需要注意和考虑的问题［３４｜，并对油田含油污水处理系统工艺及配套设备开展研究，包括聚结、增压方式、工艺方案设计及不同处理介质条件等［３５－４３］．增压方式的选择对旋流处理效果产生较强的影响．容积式泵对于避免油滴的二次乳化有很好的作用，有利于保证旋流分离的高效性，但是成本高、处理量相对较小，因此在满足处理指标的情况下，尽量采用离心泵等常规增压泵．其次，通过采用合理的聚结设备可在一定范围内适当加大油珠粒径，保证旋流分离效果．另外，旋流分离设备的高效应用还取决于与油田生产工艺的合理配合，包括处理介质的特性、前后工艺设备的衔接等．２．１．４含聚污水处理在２０世纪９０年代，开展了针对聚合物驱油田含油污水旋流处理的前期研究工作［４４＿４６｜，为后期大庆油田三次采油中地面水处理工艺提供借鉴和技术支持．同时，针对含聚污水难处理等问题，加大了对其他类型旋流分离设备的研究力度，如动态旋流器Ｈ６－６引、复合式旋流器［６３．６们等．对这些新结构旋流器的研究，拓宽了研究思路和旋流器应用领域，为不同应用提供更多的选择．２．１．５气携式旋流分离为改善油水分离效果，开展气携式旋流分离技术研究，即：将气体引入旋流器中，以一定的方式形成微小气泡，小油滴通过与气泡的结合构成油／气复合体，使其“粒径”增大、与水之间的密度差加大，以提高油水分离效率（见图３）；研究气体对旋流设备压力特性的影响［７０＿７¨、不同注气方式［７２＿７５３及微孔材料等［７６－８妇对油水旋流分离效果的影响，并开展相应的现场试验研究［８２｜．研究结果表明，通过合理的结构设计和操作运行参数的选取，气携式旋流器可有效提高旋流分离效果．２．１．６旋流分离机理及流场特性图３气携式水力旋流器实验在实验及现场试验过程中，通过理论分析及ＬＤＡ激光测速技术，研究了旋流器内部压力场［８３－９６］、速度场‘８７－９８３及其变化规律．采用计算流体动力学（ＣＦＤ）分析软件ＦＬＵＥＮＴ，对旋流器的压力分布、速度分布、相浓度分布等开展研究嘲＿１０５］，并有效地应用在旋流器结构优化设计和操作参数优化等方面．２．２细颗粒处理旋流分离技术随着油田开发的不断深入，同时某些地层胶结疏松，生产压差过大，导致采出液的含砂量逐年增加．采出液的大量含砂对地面集输设备造成极大的损害，在油田地面处理工艺中，通常采用重力沉降式装置进行除砂，这种工艺方式简单、可靠，但占地面积大、处理时间长．万方数据·１０３·大庆石油学院学报第３４卷２０１０年旋流器早期的研究和应用就是在固一液分离方面，但其处理介质的密度差和固体颗粒粒径比较大，用在油田除砂方面并不适合．同常规除砂处理相比，细颗粒的分离难度相对大得多．为此，开展针对细颗粒杂质旋流处理的研究工作Ｅ１０６－－１０８３．结合油田的实际特点，开发并设计相应的用于细颗粒杂质处理的水力旋流器结构．通过实验研究，对其结构参数和操作参数进行优选．与卧螺式离心机配合，实现油田污水处理系统中沉降（细颗粒）污泥杂质的旋流浓缩和离心脱水稠化［１０９＿１１３］．其研究成果已经在大庆油田的多座中转站获得推广应用（见图４），解决了油田生产中面临的实际问题．该研究为细颗粒分离水力旋流器在油田的推广应用奠定了基础．（ａ）旋流污泥处理设备（ｂ）浓鲡及稠化后的污泥照片图４用于细颗粒杂质处理的水力旋流器及应用２．３气一液旋流分离技术在油田采出液中存在压力变化或溶解气，在地面处理工艺中进行气液分离是一个重要的工艺环节．通过采用常规旋流器结构及优化设计的新型旋流器结构，开展关于气液分离的理论分析与实验研究［１１４－１２０｜，认为相对于油一水两相分离，气体和液体之间的密度差比较大，容易分离，但要实现高效分离，需要在结构设计和运行参数优化方面进行研究．在研究过程中，注重旋流流场特性与分离性能相结合，通过流场分析与结构优化，开发出高效的气液旋流分离结构（见图５），可实现气体的完全分离（即底流图５气一液旋流分离器结构优化设计中的气相浓度分布云图出液口中气体零排放）．此项技术已在我国某项海洋工程现场试验中获得成功．２．４其他方面制造材料的选择是关系到旋流器的使用寿命及制造成本的重要因素之一［１２１｜．针对采用玻璃钢、聚胺酯、不锈钢、普通碳钢及工业陶瓷等材料加工旋流器的设计和制造问题，与相关厂家开展技术合作，开发出多种样机．目前聚胺酯和不锈钢水力旋流器已形成产品，技术也较为成熟．同时，对特殊结构入口流道的加工型式也做了较为深入的研究［１２２｜．人们一般认为保持流量稳定性是保证旋流器高效分离的必要条件，认为流量的不稳定（如断续流、脉动流等）将使旋流器的分离效率降低．通过研究，掌握了脉动流条件下旋流器的分离特性和能耗特性的变万方数据·１０４·第５期蒋明虎：旋流分离技术研究及其应用化规律及其特点［７８’１２３．１２４｜．结果发现，在一定的条件下，流量的脉动对改善旋流分离效果有时还会起到一定的积极作用，同时其能耗增大的幅度也有限．为探索新型旋流器结构，对旋滤器［１２朝和尾管过滤式旋流器‘８２’１２６３等开展相应的实验研究，同时也分析了可在油田及相关行业推广应用的其他离心式分离器［１２７－１２８］，如螺旋管分离器等．针对油田采出液的脱气和除砂，开发出脱气除砂一体化水力旋流器（见图６），实验效果较为理想，但还需要通过现场试验进一步优化其结构和参数，为简化油田工艺、降低地面工艺能耗提供借鉴．通过近２０ａ的研究，东北石油大学对旋流分离技术研究有了更为深入的认识，取得一些研究成果，也获得１０余项国家发明专利和实用新型专利．３结束语图６脱气除砂一体化三相分离旋流器实验样机随着化工设备向高效节能和多功能化的方向发展，开发出一机多能的化工新装置已成为２１世纪的技术发展方向［１２９－”引，水力旋流器也因此出现了一些新的结构形式．这些新型旋流器的设计开发对于拓宽思路、改进旋流分离性能、提高旋流分离技术水平将发挥积极的促进作用．水力旋流器的结构虽然并不复杂，但其分离性能在很大程度上受所处理介质特性的影响，因此针对不同应用场合和条件，必须有针对性地开展研究．旋流分离技术虽然得以长足发展，但在其技术发展过程中有许多技术难题仍需加以解决．该项技术的主要研究方向：（１）借助理论分析、ＣＦＤ模拟分析和实验研究手段，研究开发出高效低耗的旋流器产品，进一步扩大旋流器的应用范围，提高其经济效益；（２）设计新型旋流器，进一步改善对低密度差细颗粒混合介质的处理能力，研究将旋流器用于高黏度介质处理的可行性；（３）设计开发高效的脱气／除砂、脱气／除油或除砂／除油一体化三相分离旋流器，以减少投资，简化工艺、提高处理功效；（４）突破水力旋流器用于井下采出液处理（油一水分离、气一液分离等）的相关设备及工艺技术难关，为高含水后期油田开发提供强有力的技术支持；（５）进一步开展旋流处理配套工艺及其技术研究，包括破乳、聚结、低剪切增压及其工艺系统的反馈控制技术等；（６）在旋流分离技术研究的基础上，开发设计其他离心式机械分离设备．参考文献：［１］蒋明虎，赵立新，李枫，等．旋流分离技术［Ｍ］．哈尔滨；哈尔滨工业大学出版社，２０００．［２］贺杰，蒋明虎．水力旋流器［Ｍ］．北京：石油工业出版社，１９９６．［３］赵立新，李枫．离心分离技术［Ｍ］．哈尔滨：东北林业大学出版社，２００６．［４］ＳｖａｒｏｖｓｋｙＬ．Ｈｙｄｒｏｅｙｃ｜ｏｎｅｓ［Ｍ］．Ｌｏｎｄｏｎ：Ｈｏｌｔ，ＲｉｎｅｈａｒｔａｎｄＷｉｎｓｔｏｎＬｔｄ，１９８４．［５］ＴｈｅｗＭ．Ｔ，ＣｏｌｍａｎＤＡ，ＣｏｒｎｃｙＤＲ．Ｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅｓｆｏｒｏｉｌ／ｗａｔｅｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎ［ｃ］．Ｐｒｏｅ．Ｉｎｔｌ．Ｃｏｎｆ．ｏｎＨｙｄｒｏｃｙｅｌｏｎｅｓ，ｐａｐｅｒ１１，１４３，ＢＨＲＡ，１９８０．［６］康万利，董喜贵．三次采油化学原理［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９７．［７］贺杰，蒋明虎，宋华．新型油水分离装置一一水力旋流器试验［Ｊ］．石油机械，１９９３，２１（１２）：２６—２９．［８］蒋明虎，贺杰，宋华．油水分离用水力旋流器性能的试验研究［Ｊ］．工业水处理，１９９４，１４（３）：２４—２６．［９３蒋明虎，贺杰，赵立新．油水分离用水力旋流器的模拟试验［Ｊ］．石油机械，１９９４，２２（５）：１５—１７．［１０］赵立新，王尊策，李枫，等．水力旋流器的结构类型口］．石油机械，２０００，２８（增刊）：１９８－－２００．·１０５·万方数据万方数据万方数据万方数据万方数据旋流分离技术研究及其应用作者：蒋明虎， JIANG Ming-hu作者单位：东北石油大学,黑龙江,大庆,163318刊名：大庆石油学院学报英文刊名：JOURNAL OF DAQING PETROLEUM INSTITUTE年，卷(期)：2010,34(5)本文链接：/Periodical_dqsyxyxb201005018.aspx。

操作参数对双蜗壳式旋流分离器气液分离性能的影响

进口结构简单，利用蜗壳进口产生旋转气流，造旋方式能
耗低ｊ，而被应用于天然气净化工艺中。但从现场的应用反馈发现，此种旋风管的分离效率较低，尤其是气液分离性能较差，未能达到工程应用的要求，故本文通过改变入
ｌ压缩机；２压力表；３缓冲罐；４阻尼器；５计量采；６水槽；一－－一一－７灰斗８空气雾化喷嘴；９旋风管；１一一一－０排气室；ｌ一Ｕ型管压差计１１一２闸板；１一托管１一３毕４风机
的机会较小，因此旋风管分离效率较低；第，小液滴受短
路流的影响较大，更易未经分离而被气流直接带出排气管形
所测得的喷雾的入口浓度对分离效率的影响曲线。由曲线可以看出，分离器的分离效率普遍较低，而且随着人口浓度升高，分离效率波动较大，这说明在试验所用粒度范围
喷嘴的参数，产生不同粒度分布的液滴，对分离器进行分离性能研究，所测得的分离效率曲线如图４所示。由曲线可
知，粒度的变化对旋风管的分离效率有重要影响。当入口喷雾液滴的中位粒径从１．２ｎ升高到３．８ｎ９０／ａ７２／，旋风管的分ａ
离效率升高了接近０２，这说明旋风管对小粒径液滴的分．０离效果较差，由三方面的原因造成：第一，小粒径液滴的切割粒径较小，旋风管对其分离效果较差；第二，试验用的液滴浓度较低，为７２ｇ・。．５ｍ－，旋风管分离空间内的液滴数目较少，小液滴的团聚作用较弱，且被大液滴夹带而被分离图６不同粒度液滴的分离效率（＝０ｈｍｍ）

气液旋流分离技术应用研究进展

2021年第49卷第1期—102 —石油机械CHINA PETROLEUM MACHINERYV油气田开发工程A气液旋流分离技术应用研究进展”蔡禄1孙治谦1朱丽云1王旱祥2王振波1(1.中国石油大学(华东)新能源学院2.中国石油大学(华东)机电工程学院)蔡禄，孙治谦，朱丽云，等.气液旋流分离技术应用研究进展.石油机械，2021, 49 (1)： 102-109.摘要：气液旋流分离设备具有分离效率高、体积小及工作稳定等优点，在油田开发、天然气开采、油气输送和压缩空气净化处理等领域得到了广泛应用。

油田开发中，常用的气驱技术能够提高采出率，但油井气液比会增大，油气分离技术要求日趋严苛。

对气液旋流分离设备的分离原理及国内外研究现状进行了简要介绍，阐述了分离性能的优化方法，分析了理论研究的不足。

研究结果发现：气液旋流分离设备的分离性能受其结构参数、操作参数以及流体物性参数等因素的影响。

国内外学者为提高分离效率采取了改进外部结构和内部流场的措施，为进一步提升工业生产效率提供了可能。

随着气液旋流分离技术应用领域的不断拓宽，旋流器及内部流场的定量数值研究对工程应用具有重要意义。

研究内容可为气液旋流分离器的设计与应用提供指导。

关键词：气液两相流；分离；旋流器；优化；研究进展中图分类号：TE934 文献标识码：A DOI ： 10. 16082/j. cnki. issn. 1001-4578. 2021. 01. 015Application and Research Progress of Gas-LiquidCyclone Separation TechnologyCai Lu 1 Sun Zhiqian 1 Zhu Liyun 1 Wang Hanxiang 2 Wang Zhenbo 1(1. School of N ew Energy , China University of P etroleum (Huadong) ； 2. School of M echanical and Electrical Engineering, ChinaUniversity of Petroleum ^Huadong) )Abstract : Thanks to the remarkable advantages of high separation efficiency , small size and stable operation ,gas-liquid cyclone separation equipment has been widely used in oilfield development , natural gas exploitation , oil and gas transportation , compressed air purification and other fields. In the field of oilfield development , the com monly used gas flooding technology can improve the recovery rate , but the gas/liquid ratio of oil well will increase , so the requirements on oil and gas separation technologies are increasingly strict. In this paper, the separation prin ciple of gas-liquid cyclone separation equipment and the research status at home and abroad are briefly introduced. In addition , the methods for optimizing the separation performance are described and the shortages in theoretical studies are analyzed. The results show that the separation performance of gas-liquid cyclone separation equipment is affected by its structure parameters , operation parameters and fluid physical parameters. In order to improve the separation efficiency , domestic and foreign scholars have taken effective measures to improve the external structureand internal flow field, which provides many possibilities for the improvement of industrial production efficiency. With the development of the application field of gas-liquid cyclone separation , the quantitative numerical study oncyclone and its internal flow field is of increasingly important guiding significance to engineering application. Theresearch results can provide the guidance for the design of gas-liquid cyclone separator.Keywords : gas-liquid two-phase flow; separation ； cyclone ; optimization ； research progress*基金项目：中石油重大科技项目“天然气水合物开采气液分离技术及配套装置研究”(ZD2019-184-004)。

旋流分离技术在污水处理中的应用

旋流分离技术在污水处理中的应用黑龙江省佳木斯生态环境监测中心黑龙江省佳木斯市154000摘要：旋流分离器（简称旋流器）的发明、应用已有约一个半世纪了。

开始，只用于选矿过程中的固液分离和固固分离,分级，后来发展到固气分离，液气分离等。

这种旋流分离器被用于石油工业中的产出水除油，取得了满意的效果。

在液液分离研究过程中，先是轻分散相液体的分离（如油污水脱油），再是重分散相液体的分离（如油品脱水）。

虽然旋流分离技术在液液分离方面的应用要晚得多，但已显示出了其体积小、快速、高效、连续操作等方面的优越性，特别是用于轻分散相液体的分离，其牛顿效率非固液分离能比。

关键词：旋流分离技术；污水处理；应用；前言：为了除去原油中的水分和无机盐，往往要采用原油电脱盐装置对原油进行处理，原油中的主要无机盐有氯化钠、氯化镁、氯化钙等，水存在于油中或者以乳化状态呈现出来，因此要想完全除去它们往往需要不断地进行技术改进，而旋流分离技术能够较好地做到这一点。

一、旋流分离器基本结构、工作特点及原理1 基本结构及工作原理。

旋流分离技术的主要设备是旋流分离器，其是一种能够利用离心沉降原理，分理出污水中不同密度物质的机械设备。

其主要构成有一个分离仓、入口、出口。

分离仓有圆柱形、锥形等多种形态，在实际的生产应用过程中，在入口的形态方面往往使用单入口或双入口，入口和分离仓之间的连接也可以分为切向和渐开两种入口。

出口一般应用固定在旋流分离器两端的轴向出口，溢流口在进料口的一侧，另一侧为底流口，在旋流分离器工作时，将溢流口作为排油口，底流口作为排水口使用。

2.工作特点。

在进行污水处理时，电脱盐污水首先从分离器的切向入口流入，在分离器内部进行高速的离心运动，产生离心场，使密度较大的水离子被甩向四周壁上，再从底流口排除，密度较小的油粒子则向中心移动并从溢流口排除，从而达到油水分离目的。

在使用旋流分离器处理污水的过程中，分离效率和油滴的粒径密切相关，当油滴粒径在60μm 以上时，分离效率可以达到99%，但当油滴粒径小于10μm 时，分离效率只能达到50% 左右，因此旋流分离器往往用于大粒径的浮油、散油的回收，减小浮渣量。

气液分离器原理及结构

气液分离器原理及结构
气液分离器是一种常用于气体和液体分离的设备。

其原理是利用气体和液体的不同密度和惯性，通过引导和设计的流动路径，使气体和液体分离并分别排出。

气液分离器一般由进气口、分离室和出口组成。

进气口通常位于设备的上部，使气体和液体混合物进入分离室。

分离室内通常设置了导流板或纤维等装置，以增加气液分离的效果，并防止液体回流到出口。

在分离室内，由于液体重力作用下的惯性力，液滴会向下沉积，而气体则继续向上流动。

分离室的底部通常设有排液口，用于排出沉积的液体。

为了提高气液分离的效果，分离室内还可能设置了气液分离元件，如细孔板、旋流器等。

细孔板通常由多个小孔组成，通过孔径和孔距的设计，使气体能通过而液体不能通过，从而实现气液分离。

旋流器则通过旋转流体产生离心力，使气体和液体分离。

在气液分离器的设计中，还应该考虑气液混合物的流速、压力、温度等因素。

流速过大可能导致未完全分离，而流速过小则可能导致堵塞。

压力的设计则应保证在分离室内压力的变化不过大，以避免气体和液体再次混合。

同时，设备的材料选择也很重要，要能耐受液体的腐蚀和气体的高温。

总之，气液分离器通过利用气体和液体的密度和惯性差异，通过设计好的流动路径，使气体和液体分离并分别排出。

该设备的结构包括进气口、分离室和出口，通常还会增加气液分离元
件来提高分离效果。

在设计和选择方面，需要考虑流速、压力、温度等因素，并选择适合的材料。

管柱式旋流气液分离器的应用研究

ｓｎｔｅｉａｌｏｔｅｗｏｋｉｘｅｍｅｔｃｏｄｉｏｔａｕｎｉｎｉｅｆｍｕｌｉｙｈｔｃｌｔｈｒｓｔｅｐｒｙｅｉｎｓａｃｒｎｇｔｈｅｍｅｓｒｇｐｒｃｐｌｓｏｉｔ—ｐｈｓｌｗｅａａｉ，ｗｈｃｏｅｅｈｏｏ— ａｅｆｏｓｐｒｔｏｎｉｈｃｖｒｔｃｎｌｇｅｉｅｐｉｅｓｒｎｙｌｎａ —ｌｑｄｓｐａａｏ．ａａｏｎａｙｉｆｍｕｌｉｈｓｏｈｄｏｎｍｉｏｃｏｍｓａｄｕａｉｙｆｗ— ｉｓｌｋｐｔｇｃｃｏｅｇｓｉｕｉｅｒｔｒｎｌｇａｌｓｓｏｉｔ—ｐａｅｆｗｙｒｄｙａｃｆｒｅｆｒｎｑｌｏｍｅ— ｌｔｌ
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管柱式旋流气液分离器的应用研究
一原黧
摘关键词多相流分离器计量
河濮南
要针对中原油田计量站原油计量过程中存在计量工艺流程不完善、水率误差大、含自动化程度低等问题，用多相流分采
ｐｒｃａｕｎｃｎｌｇｃｌｐｏｅｓｔｅｌｒｅｅｒｒｏａｅｕｎｗｅｅｒｅｏｕｏｔｎａｌｔｏｃｎｌｇｅｙｐｌｄｅｆｔｍｅｓｒｇｔｈｏｏｉａｒｃｓ，ｈａｇｒｆｗｔｒｃｔｄｌｒｄｇｅｆｔｍａｉ，ｏｆｔｈｏｏｉｓａｅａｐｉｅｉｅｏａｏａｏｅｅ
Ｋｅｒｍｕｌｉｈｓｓｐｒｔｒｙｗｏｄｓｔ—ｐａｅ；ｅａａｏ；ｍｅｓｅｎａｕｒｍｅｔ

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。

气液旋流分离技术的研究2

的设计时无法准确的预测其性能，加之磨损严重，又会恶化操作，能耗较高，造成运行成本提高。这些问
题专家认为：为建立预测性能的数学关系式，必须揭示其分离机理；为寻求减磨与节能措施，必须探明内
达不到完全取代经验模型的程度，利用经验模型在特定的工况条件下，具有准确可靠的优点。前苏联
学者波瓦罗夫归纳了许多研究成果得到了使用于一
论在技术上还是在经济上都可以获得满意的结果。在浓密机、过滤机之前选用旋流器予以浓缩脱泥，可
的固体，除去多余水分。用水力旋流器浓缩可使底
流中固体的体积浓度达到４５０，６～５０９６，从而可代替结构复杂的重力稠化器；可以大幅度降低过滤器、筛网或离心式脱水机的处理负荷；在浓缩机前用旋流器先除去部分大颗粒，有利于降低浓缩机的扭矩。其主要应用于：尾矿筑坝和充填作业；钾盐及晶体产品的稠化；预浓缩、预脱水；烟道脱硫系统中的废物稠化。４．４磨矿分级水力旋流器已广泛应用于磨矿回路，以获得适宜的磨矿溢流产物。与螺旋分级机相比，水力旋流器可降低磨矿粒度，提高矿浆浓度，降低磨机负荷。在高岭土、滑石粉、石垩、石膏粉和石墨等产品的磨
】９８４．
矿业快报
ＳｕｐｐｌＯｃｔｏｂｅｒ．２００６ＥＸＰＲＥＳＳＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＯＦＭＵ、Ｊ州ＧＩＮＤＩ＿ｓ１ＲＹ
增刊２００６年１０月
旋流分离技术研究现状与工业应用
刘培坤王静
（威海市海王旋流器有限公司）
摘要：国内外旋流分离技术的研究主要采用以试验为主的黑箱法、以激光测速为主的流场分析法、以湍流数值模拟为主的流场计算法，湍流数值模拟将是旋流器理论研究的方向，目前研究已
流两相流理论（Ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ
ｔｗｏ－ｐｈａｓｅｆｌｏｗ
通过大量的工业实验与实验室实验，特别是随着湍流理论研究的深入，人们已开始注意到湍流两相流理论更符合旋流器的工作状况。在研究方法上，由原来的“黑箱法”建立经验和半经验数学模型用于指导设计生产，到依靠先进的测量技术实测研究流场分布，现在采用数学模型预测结果的研究方法已变得非常重要。２．１黑箱法

柱式气液旋流分离器的设计

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 (11)3.1.3双入口分析 (11)3.2主体结构设计分析 (11)3.2.1入口位置 (11)3.2.2最佳外形比 (12)3.2.3旋流体锥度 (12)3.3 出口管设计分析 (12)4、柱式气液旋流分离器参数设计 (12)4.1 计算分离器直径 (12)4.2分离器的高度计算 (13)4.2.1确定上半部分的高度 (13)4.2.2计算入口分流区的高度 (13)4.2.3计算旋涡区的高度 (13)4.2.4气泡轴向距离计算 (14)4.3分离能力计算 (15)①径向方向上 (15)②竖直方向上 (16)4.4液面高度的确定 (17)4.4.1 气室压力p1的确定 (17)4.4.2液面高度Z2的确定 (18)4.5入口管的设计计算 (20)4.6筒体强度设计 (21)4.6.1 设计参数 (21)4.6.2 筒体厚度设计 (22)4.7法兰的校核计算 (22)4.7.1排气管法兰校核计算 (22)4.7.2排液管管法兰校核计算 (25)5、气液两相流场的数值模拟 (30)5.1 数值计算方法简介 (30)5.1.1 控制方程 (31)5.1.2湍流模型 (32)5.1.3多相流模型 (33)5.1.4 数值计算方法 (35)5.1.5 边界条件的处理 (35)5.2 计算前处理 (36)参考文献 (37)1、绪论1.1欠平衡钻井技术的发展现状和前景欠平衡钻井技术就是在钻井过程中,利用自然条件和人工手段在可以控制的条件下使钻井流体的循环液柱压力低于所钻地层的孔隙压力,以实现所谓的“边喷边钻”,这种钻井工艺技术叫欠平衡钻井。

气液分离管路设计

气液分离管路设计气液分离管路设计是一项重要的工程设计任务，主要用于将气体和液体分离，以确保系统的正常运行和安全性。

本文将介绍气液分离管路设计的基本原理、常见的设计要点以及一些实际应用案例。

一、基本原理气液分离管路设计的基本原理是利用物理和化学的方法，将气体和液体分开，以保证气体和液体在管路中的流动状况稳定和可控。

常见的气液分离方法包括重力分离、离心分离、过滤和吸附等。

重力分离是一种常见且简单的气液分离方法，通过将气液混合物通过分离器或分离器组件，利用重力的作用使气体和液体分开。

离心分离则是利用离心力的作用，将气体和液体分开，常见的应用场景包括离心泵和旋流分离器。

过滤是一种常见的气液分离方法，通过在管路中设置过滤器，将气体和液体中的固体颗粒分离。

过滤器的选择应根据颗粒的大小和形状来确定。

吸附是一种通过吸附剂将气体中的杂质吸附，从而实现气液分离的方法。

常见的吸附剂包括活性炭和分子筛等。

二、设计要点在进行气液分离管路设计时，需要考虑以下几个要点：1. 流量计算：根据实际工艺需求和系统参数，计算气体和液体在管路中的流量和速度，以确保系统的正常运行。

2. 设计压差：在设计气液分离管路时，需要考虑气体和液体在管路中的压差，以确保系统的稳定性和安全性。

3. 材料选择：根据气液分离管路所处的工况环境和介质特性，选择适合的材料，以确保管路的耐腐蚀性和耐压性。

4. 分离效率：根据气液分离的要求，选择合适的分离方法和设备，以提高气液分离的效率和精度。

5. 排放处理：对于分离后的气体和液体，需要考虑其后续处理和排放，以满足环保要求。

三、实际应用案例气液分离管路设计在许多工业领域中都有广泛的应用。

以下是一些实际应用案例：1. 石油化工：在石油化工生产过程中，气液分离管路设计用于将气体和液体分离，以确保产品的质量和生产效率。

例如，在炼油过程中，气液分离管路被用于将原油中的气体和液体分离，以提取出纯净的液体产品。

2. 医疗设备：在医疗设备中，气液分离管路设计用于将气体和液体分离，以确保设备的正常运行和安全性。

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摘要本次毕业设计对分离器的各重要零部件的重要尺寸进行了详细的计算，并进行了强度分析，同时采用三维建模的方式对各个分零部件进行了设计。

在总结前人的设计经验的同时提出了自己的设计理念改进了部分设计特点使我们设计的气液旋流器旋流式分离器更加趋于完善，可分离气泡小，分离的效率也较高，同时分离器所占用的空间体积相对较小，维修量小，工作稳定。

旋流式分离器具有这些特点，气液旋流器的工作特点具有实用性和可靠性，并具有广阔的前景。

关键词：旋流分离器；气液分离；优化；三维建模AbstractAn important dimension of the graduation design of separator of all major components are calculated in detail, and analyzes the strength, at the same time, the various sub components are designed using three-dimensional modeling method. The gas-liquid cyclone cyclone separator in summarizing the previous experience in the design and proposes own design idea the design features improved enable us to design a more perfect, separation bubble is small, the separation efficiency is higher, at the same time separator space occupied by volume is relatively small, small amount of repair, stable work. The cycloneseparator has these characteristics, working characteristics of gas-liquid cyclone has practicability and reliability, it has broad prospect.Keywords: cyclone separator; separation; optimization; 3D modeling目录第1章概述 ........................................................................ 错误！未定义书签。

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。

*。

液-固(气)旋流器分离性能分析及环保工程应用

Ⅲ
。
Ｈ量
图１旋流器切向速度分布
Ｆｇ１Ｔｎｅｔｌｖｌｃｔｉｔｂｔｎｉ．ａｇｎｉｅｏｉｄｓｕｉａｙｉｒｏ
ｌ液一固（）流器的流场显示气旋
．
模型试验选用＋０ｍ旋流分离器的模型，５０ｍ
基金项目：广东省自然科学基金资助项目（８３３；广东省环保科技研究开发项目（９０４）粤环１９９９—１）３
作者简介：张作萍（９０年生）１７，男，高级工程师；通讯联系人：陈海；Ｅｍａ：ｃｅｈｉａ．ｙｕｅｕｃ－ｉｈｎａ＠ｍｉｓｓ．ｄ．ｎｌｌ
图２截面Ａ—Ａ切向速度流线示意图
Ｆｇ２Ｔｎｅｔａｅｏｉｆ —Ａｅｔｎｉ．ａｇｎｉｌｖｌｃｔｏｙＡｓｃｉｏ
图１，）模型沿高度方向分成四个截面：ＩＩ Ⅱ Ⅱ —，一，
收稿日期：２００７—１一１１Ｏ
的颗粒直径和分离效率。通过实验方法揭示液一固（）旋流器流体运动的规律，最后给出废气治理工程的实气
例，并讨论其在环境保护领域中的应用前景。
关键词：液一固（气）旋流；分离器；速度；流线；压力；分离粒径
中图分类号：Ｔ１文献标识码：ＡＨ２文章编号：５９６７２０）０－４－０２－９（０８３０１６５００
Ⅲ 一Ⅲ Ａ—Ａ，前三个截面在不同的方位如［。、及０］［０］［８。、［７。９。、１０］２０］和不同的径深上测得其切

旋流分离技术的现状与应用前景

旋流分离技术的现状与应用前景袁惠新X曾艺忠杨中锋(江南大学)(华北油田采油五厂)摘要在简述了液液旋流分离器的基本结构和工作原理及特点的基础上,介绍了旋流分离技术用于油污水处理、原油或其他油品脱水、液化气脱胺等方面的研究与发展现状,并展望了旋流分离技术在液液分离过程中的应用前景。

关键词旋流分离器旋流分离技术油水分离含油污水处理油品脱水中图分类号TQ05118+4文献标识码A文章编号0254-6094(2002)06-0359-05旋流分离器(简称旋流器)的发明、应用已有约一个半世纪了。

开始,只用于选矿过程中的固液分离和固固分离-分级,后来发展到固气分离,液气分离等。

到20世纪80年代末,这种旋流分离器被用于石油工业中的产出水除油,取得了满意的效果。

在液液分离研究过程中,先是轻分散相液体的分离(如油污水脱油),再是重分散相液体的分离(如油品脱水)。

虽然旋流分离技术在液液分离方面的应用要晚得多,但已显示出了其体积小、快速、高效、连续操作等方面的优越性,特别是用于轻分散相液体的分离,其牛顿效率非固液分离能比。

1简介1.1液液旋流器的基本结构及工作原理旋流器是一种利用离心沉降原理将非均相混合物中具有不同密度的相的机械分离设备。

旋流分离器的基本构造为一个分离腔、一到两个入口和两个出口(图1)。

分离腔主要有圆柱形、圆锥形和柱-锥形3种基本形式。

柱-锥形又有单锥形和双锥形两种。

入口有单入口和多入口几种,但在实践中,一般只有单入口和双入口两种。

就入口与分离腔的连接形式来分,入口又有切向入口和渐开线入口两种。

出口一般为两个,而且多为轴向出口,分布在旋流分离器的两端。

靠近进料端的为溢流口,远离进料端的为底流口。

在互不相溶、且具有密度差的液体混合物以一定的方式及速度从入口进入旋流分离器后,在离心力场的作用下,密度大的相被甩向四周,并顺着壁面向下运动,作为底流排出;密度小的相向中间迁移,并向上运动,最后作为溢流排出。

这样就达到了液-液分离的目的。

气—液旋流分离技术综述

5(9 和气泡轨迹分析可用来研究各种参数对气体分离的影响。(&D&E,>-* 等人利用气泡轨迹模拟研究了
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过滤与分离
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多相计量环路
下述参数的影响：紊流弥散、气泡直径、粘度、雷诺数、切向速度和 3 4 5 （6377 入口以下的长度与 6377 直径之比）。图-给出了几个有代表性气泡轨迹。如：图（8 ）显示了一个以螺旋形运动的气泡由于 6377 中心气核（9 ）显示了一个向下运的上升流而向上运动。相反，图动的气泡并到达对称轴附近。当单个气泡到达对称轴是，可 7!5代码停止执行。由6377中心气核的上升流，（: ）显示了一些沿着螺旋假设这些气泡将被分离。图形轨迹运动的气泡并到达液体出口。在不同流动条件和不同气泡直径下，也观察到了这种特性。模拟结果表明：当不考虑紊流弥散时，气体分离对切向速度值和粘度值的变化有一定的敏感；另一方面，若考虑紊流弥散时，改变切向速度值和粘度值的对结果影响甚微。总的来说，紊流弥散对气泡轨迹和液体带气率有显著影响。另外，轨迹模拟（考虑紊流弥散）也表明相当多的气泡移向6377 的中心并在气液自由界面以形成气芯。
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过滤与分离 ()*+,-+・
因是减小了气体带液率。首先，下倾入口有利于分层并提供了在入口喷嘴处的初步分离；另外，下倾入口使液体在3455 内旋转一周后仍位于入口以下，阻止液体与气体一起流向3455 上部。入口喷嘴喷嘴是影响气液流动分布以及进入切向入口喷嘴形式是最难 3455切向速度的最终因素。加工的部分，因此相应结构的 3455 的价格也十分昂贵。为了优化水力性能，在具有相同流通面积的情况下试验了几种不同的喷嘴结构，发现同心圆形喷嘴（渐缩管）性能最差，月牙行次之，矩形最好。双入口双倾斜入口将入口流预分为两股流动：低入口的富液流和高入口的富气流。双入口的试验表明中等大小的气体流量（在入口处段塞流转为分层流）下，气体带液率有明显降低，当气体流量较高时（在入口处为环空流），无多大变化。

天然气净化用旋风分离器气液分离性能

天然气净化用旋风分离器气液分离性能吴小林;熊至宜;姬忠礼【摘要】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.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2010(061)009【总页数】7页(P2430-2436)【关键词】旋风分离器;气液分离;分离效率;粒径分布【作者】吴小林;熊至宜;姬忠礼【作者单位】中国石油大学化工学院,北京102249;中国石油大学机电工程学院,北京,102249;中国石油大学机电工程学院,北京,102249【正文语种】中文【中图分类】TQ051.8+4Abstract：In order to evaluate the gas-liquid separation performance of cyclone separator for purification of natural gas at low liquid concentration,membrane filtration method and optical particle counter Welas 2000 were applied to measure the overall collections and droplet size distributions,respectively,with inlet velocities of 8—24 m·s-1and liquid concentrations of 0.1—2 g·m-3and under atmospheric pressure and room parisons of separation performance have been done between gas-liquid and gas-solid separation under the same inlet velocity and liquid/solid concentration.The results of experiments showed that the gas-liquid separation efficiencies increased with the increase of inlet velocity of 8—24 m·s-1and liquid concentration 0.1—2 g·m-3.The separation efficiencies of gas-liquid separation were 2%—6% higher than those of gas-solid separation under the same conditions.The droplets with the diameter size bigger t han 4μm could be removed clearly,however,there were particles with the diameter bigger than 10μm existed in cyclone separator outlet.Key words：cyclone separator;gas-liquid separation;separation efficiency;droplet size distribution天然气气质对压缩机组、输气管线和阀门等设备的正常运行有重要影响。