当前位置：文档库 › 气液旋流器的分离性能

气液旋流器的分离性能

收稿日期:2008-12-08

基金项目:国家/8630高技术研究发展计划项目(2006AA06Z224)

作者简介:金向红(1965-),男(汉族),河南驻马店人,副教授,博士,研究方向为多相流分离技术。

文章编号:1673-5005(2009)05-0124-06

气液旋流器的分离性能

金向红1,2

,金有海1

,王建军1

,孙治谦1

,陈新华

(1.中国石油大学多相流实验室,山东东营257061;2.安徽理工大学化工系,安徽淮南232001)

摘要:旋流器内气液两相的分离过程是液滴离心沉降和碰撞聚结、破碎的复合过程。对液滴的聚结、破碎机制进行分析,试验验证液相物性、流场强度对液滴聚结、破碎以及旋流器分离性能的影响。结果表明:液相黏度对涡流场中液滴的破碎影响很大,黏度增大分离效率上升;湍流强度是导致旋流场液滴破碎的主动力,当流量达到一定值时,高湍流强度导致液滴破碎,分离效率随流量上升开始急剧下降;液滴聚结、破碎过程对分离器压力降影响不大。关键词:气液旋流分离器;分离效率;液滴;团聚;破碎中图分类号:TQ 05118;TE 969 文献标识码:A

Separation perfor m ance of gas -liqui d cycl one separator

JI N X iang -hong 1,2

,JI N You -ha i 1

,WANG Jian -j u n 1

,S UN Zh-i qian 1

,C HEN X i n -hua

(1.Institute of M u ltiphase F low in China Universit y of P etro leu m,D ongy ing 257061,China ;

2.D e p ar t m ent of Che m ical Eng i neering ,A nhui U ni ver sity of Science and T echno logy,H uainan 232001,Ch i na)Abstrac t :T he separa ti on o f gas -li qu i d t w o -phase flo w i n t he cyc l one separator is a co m pound process of centr ifuga l sepa ra -ti on ,coa l escence and breakup of drop l e ts .The m echan i s m of drop l e ts coa l escence and breakup w ere discussed .The effects o f liqu i d v iscosity and t urbulence i n tensity on drop lets coa lescence ,breakup and separation perfor m ance we re proved by ex -per i m ents .The experi m enta l results s how t hat the li qu i d v iscosity has much eff ec t on drop l e ts breakup in vortex field ,and the separation effic i ency i ncreases w ith t he li quid v i sco sity i ncreasi ng .T he turbulence i ntensity is the m ai n f o rce w hich breaks up the drop l e ts .W hen the fl ow rate i s up to so m e extent ,the high t urbulence i ntensity breaks up t he droplets ,then t he sepa ra -ti on effic i ency w ill decrease sha rply .W h ile the coa l escence and breakup of droplets has little effect on pressure f a ll i n cy -clone separator .

K ey word s :gas -li qui d cyc l one sepa rato r ;separa ti on efficiency ;li qui d drop l ets ;coa lescence ;breakup

传统上,旋流器内气液两相的分离过程只是从

离心沉降来理解,但研究者在试验研究和工程应用中发现,气液旋流分离器内流场是三维强旋湍流,在流场内分散液滴因气液两相的密度差而受到比较大的离心力,产生离心沉降,同时在湍流场内液滴之间又会产生剧烈的碰撞、团聚、破碎和扩散,两相的分离过程是旋流场中液滴离心沉降和碰撞聚结、破碎的复合过程。其分离性能不仅受液滴的离心沉降影响,还受湍流场中液滴间碰撞、团聚、破碎以及液相扩散的影响。试验表明,对于稀相气液两相流,液滴间的碰撞、团聚、破碎不仅与气液两相时

均流场有关,还与流场湍动强度、含液浓度以及分散

液相的密度、黏度、表面张力等物性密切相关[1-2]

,但受试验条件限制,目前对液滴聚结、破碎的机制认识还不透彻,单从试验和理论上还很难得出准确的解释[3-7]

。笔者通过试验考察稀相状态时液相黏度对气液旋流器分离性能的影响,并对三维强旋湍流中分散液滴的碰撞、团聚和破碎机制进行分析。

1 液滴在旋流场的聚结与破碎

111 液滴在旋流场的碰撞聚结

旋流器内部是三维强旋湍流场,其切向速度分

2009年第33卷中国石油大学学报(自然科学版) V o.l 33 N o .5 第5期 Journa l o f China U n i versity of Pe tro leum O ct .2009

布近似地看作由内部的准强制涡和外围的准自由涡组成的兰金涡,在准强制涡和准自由涡的交界面上切向速度最大。轴向速度分布外围速度向下,内圈速度向上,即逆向内旋流,在两反向轴向速度的交界面存在一个0轴向速度,即存在一个零轴向速度包络面LZ VV。旋流器内的径向速度相对较小[8-11]。旋流过程中由于气液两相的密度差,液滴在离心力及重力作用下向筒壁迁移并向下沉降,即离心沉降。由于旋流器中液滴粒径不同而使得它们的离心沉降速度也不同,同时在准自由涡区,流体在径向上具有一定的角速度梯度,这样邻近径向位置的颗粒就有了碰撞的机会。

两颗液滴碰撞以后有两种可能,一是碰撞以后聚合,二是碰撞后两颗液滴分开。当小液滴碰撞时,如果促使液滴聚结的力超过液滴与气相间的界面张力,则两颗液滴将发生聚结,否则就会分开[12-13],即液滴聚结的条件是

E F>P d p R.(1)式中,d p为液滴直径;R为界面张力;E F为促使液

滴聚结的各类力的合力。旋流场中作用在液滴上的力有离心力、曳力、重力、M agnus力、Sa ff m an力、压力梯度力、虚假质量力和Basset力等,其中促使液滴径向聚结的主要因素是液滴在旋流场所受的离心力,即

F p t=1

P d3p(Q p-Q g)v

p t

.(2)

式中,Q p和Q g分别为液相、气相密度;v pt为液滴切向速度;r为液滴位于旋流场的半径。

处于准自由涡的液滴,有一个自转角速度,由此造成垂直于液滴与流体相对速度方向的径向升力,称作M agnu s力,表达式为

F p M=1

6P d3p Q p$v E

p- %

.(3)

式中,$v为气液间的相对速度;

E p为液滴旋转角速度;

%为流体涡量的一半。

同时考虑流场对液滴的径向曳力

F pS=3P d p L g v pt.(4)式中,L g为气相黏度。

忽略其他力的影响,可以得出液滴聚结的条件为

F p t+F p M-F pS>P d p R.(5)

由式(5)可以看出:液滴切向速度越大,促使液滴聚结的力也越大;气液两相密度差越大促使液滴聚结的力也越大;界面张力越小则液滴碰撞聚结的可能性越大。因此,旋流器内液滴的聚结应主要发生在切向速度较大的准自由涡区,并且随着小液滴聚结成大液滴,液滴受到的离心力增加,进一步促进液滴的聚结,同时液滴的聚结也利于分离。由此可以看出,旋流器内液滴粒径的分布,在径向上由内向外越来越大。进入旋流器外围的大液滴大部分会到达筒壁,在筒壁上聚结形成液膜,并在重力作用下进入集液槽;少部分大液滴则会在近壁处流体强湍流度的作用下产生破碎,一部分到达筒壁,而部分破碎的小液滴有可能被再次带入内旋流。

112液滴在旋流场的破碎

在气液旋流分离器中,气液两相间存在着速度差,这个速度差使高速气流绕过低速运动的液滴,这样在液滴的前后驻点就形成了压力差,这个压力差会使液滴发生变形,中心变薄、拉长甚至破裂。在高速湍气流中,液滴表面在气流湍动能作用下发生持续的压力脉动,液滴持续振荡,导致变形后液滴的进一步破碎。

研究发现,液滴的破碎主要与无量纲韦伯数W e 和昂色格数Oh有关。W e数是气动力和表面张力在液滴表面产生的无因次压强比,前者压缩液滴表面使其变形破碎,后者反抗变形使其保持球状。其计算公式为

W e=Q g$v2d p/R.(6) Oh数表示黏性力与表面张力之比,即

Oh=L l/Q l R d p.(7)数值计算和试验结果都证明:W e数越大,液滴所受气动力与表面张力的内聚力之比越大,气流中的液滴越不稳定,越易于变形破碎;Oh数越大,液滴越稳定,越不易变形破碎。根据W e数和Oh数的定义可以看出,大液滴更易于变形破碎,气液两相间的速度差越大液滴越易破碎,而液相黏度越大,液滴越不易破碎,液相的黏性起到阻止液滴破碎的作用,这是因为液滴的黏性能够耗散周围的扰动能量。

对于气液旋流分离器,气液两相间的速度差并不大,其W e数也不大,因此时均速度差所形成的气动力并不是液滴破碎的主要动力,它一般是使液滴变形而不是破碎,而大的湍动能对变形液滴表面的剧烈扰动才是液滴破碎的主要动力。因此,当流场湍动强度不高时,液滴的破碎并不明显,增大流场湍动强度,会增加大液滴破碎的几率。同时,在低W e 数条件下,液体的黏度对液滴的破碎有很大的影响,液滴黏度越大,抗湍流扰动的能力也越强,液滴也越

125

第33卷第5期金向红,等:气液旋流器的分离性能

不易破碎。

对旋流器内气相三维湍流场结构的LDV测定结果表明[1,8-10],分离空间内切向湍流强度和轴向湍流强度具有类似的分布形态,并有同一数量级。在轴心处湍流强度最大,随着半径r增大,湍流强度急剧降低;随着半径r继续增大,湍流强度不再变化,趋于一定值;到达筒壁时,湍流强度再次急剧上升。因此,在分离空间,湍流强度分布是中心和边壁处高,而其他涡旋区低。

通过上面分析可以看出,旋流器中心部分的小液滴所受的离心力较小,而且湍动强度较大,聚结成大液滴的几率较小,所以这部分小液滴易于被上旋的内旋流带进排气管随气体排出,并降低分离效率。

随着旋流半径r增大,液滴离心力增大,促使液滴聚结的力也增大,液滴开始碰撞聚结,并且随着小液滴聚结成大液滴,液滴受到的离心力增加,将会进一步促进液滴的聚结,而且这时湍动强度较低,液滴破碎的几率较小。因此,液滴在这里主要是碰撞聚结。

当聚结的大液滴到达边壁处时,速度梯度急剧增加,湍流强度也急剧上升,液滴受到的气动压力和湍动扰动都会增加,加之大液滴的不稳定性,液滴破碎的几率大增,如果流动的湍流强度较大,将有部分液滴破碎成小液滴,这部分小液滴有可能随径向气流再次进入内旋流,从而降低分离效率[1]。

2试验装置与工质

211试验工质

试验的目的是验证液体物性、湍流强度对气液旋流分离性能的影响,解释液滴在旋流场内聚结、破碎对分离性能的影响,因此采用了常温时水-空气、不同黏度的甘油水溶液-空气作为试验工质,进料的含液浓度控制在10~30g(液)/m3(空气)。试验空气流量范围在30~110m3/h。试验前采用旋转黏度计对甘油水溶液的黏度进行测定,根据试验要求分别配制了10,15,20m Pa#s的甘油水溶液,配制甘油-水溶液物性参数如表1所示。

表1甘油水混合物物性参数

Table1Properties of d iscrete phase

甘油与水的体积比

液体黏度

L/(mPa#s)

液体密度

Q/(g#c m-3)

纯水11 3124B11011199 3166B11511205

从表中可以看出,水与甘油水溶液间有一定的密度差,而试验用的不同黏度的甘油水溶液的密度相差不大,甘油与水的体积比也相差不大,因此在分析试验结果时,可以不考虑密度差以及水的蒸发对分离性能的影响。

212试验装置

试验采用负压操作,供风系统采用抽风机。试验时,在风机抽吸作用下,外部空气与雾化的气-液混合物从进口管一起进入分离器,在进料室充分混合雾化后进入导叶,在导叶作用下形成高速旋转流,在离心沉降和团聚的共同作用下,大液滴被甩到旋流器的边壁,并顺壁面向下进入集液槽,而气体则从上部排气管排出,经风机直接排空。

图1气液旋流分离试验流程简图

Fig.1Sche m atic diagra m of exper i m en tal flo w s h eet

of gas-liqu i d cyclone separator

空气压缩机、缓冲罐、空气转子流量计、液体计量泵、内混式双流体喷嘴组成了雾化系统。压缩空气与计量泵提供的液体同时进入喷嘴,液体在压缩空气作用下通过喷嘴形成雾化。试验压缩空气压力为0118~0122M Pa,压缩空气流量为5m3/h,试验前采用激光烟雾粒度分析仪对雾化液滴粒径进行了测定,粒径分布范围控制在2~10L m。

本试验采用轴流导叶式气液旋流分离器进行分离性能试验,分离器内径为D n=100mm,分离器全部采用有机玻璃制成。

3试验结果分析

311不同工质分离效率随流量的变化

图2为进料含液浓度为20g/m3,液相分别采用水(1mPa#s)、甘油水溶液(10,15,20m Pa#s)时,分离效率随气体流量的变化情况。可以看出:对于一定的工质,在气体流量较小时,分离效率随流量的增加而上升,这是因为流速较小时,液滴的离心力较部分液滴来不及分离会被气体带出分离器,所以

126

#中国石油大学学报(自然科学版)2009年10月

分离效率较低,这时被带出旋流器的液滴主要来自短路流;随着流量增加,流速增大,液滴受的离心力也增大,被短路流带出排气管的液滴量降低,液滴的离心沉降和碰撞聚结都随之加强,加上这时流动的湍流强度并不高,所以这时液滴的破碎并不明显,因

此分离效率会随之增大。

图2 不同工质分离效率随流量的变化F ig .2 E ffect of fl ow rate on separation efficiencies

当流量达到一定的值时,分离效率达到最高值,这时随着流量的继续增加,分离效率开始急剧下降。分离效率最大时的流量称为临界流量Q cr 。在试验中观察到,对于一定的工质,当流量达到Q cr 时,随着流量继续增加,排气管中开始出现一层液膜,并随流量的增加越来越厚,旋转上升,这说明在流速较高时,大量的小液滴被内旋气流带进排气管,这些小液滴一部分被直接带出排气管,一部分在排气管内高速旋转的气流中再次碰撞聚结,并润湿聚结到排气管壁上形成液膜,液膜在上旋气流作用下不断向上攀升,最后排出排气管。

通过试验证实了前面的推理,即当流量达到一定值时,随着流速的增加,流场的湍流强度加强,这时虽然液滴的离心力继续增加,但聚结后的大液滴在边壁处受到较大的气动力和湍流扰动,使大液滴破碎成小液滴,大量的小液滴被强旋湍流带进内旋流甚至排气管而无法分离,从而导致了分离效率的急剧下降。分析认为这部分小液滴来自两部分,少量是进口的短路流,大部分是大液滴破碎后形成的小液滴径向进入内旋流,因此减小短路流、降低大液滴的破碎是提高分离效率的有效途径。由此还说明,旋流器内部径向速度虽然相对较小,但对分离性能却有较大的影响,它是边壁处破碎的小液滴被裹带进内旋流的主要因素。

从图2还可以看出,在一定的含液浓度下,当流量一定时,不同的工质分离效率也不同,这说明液相物性对分离效率影响很大。当含液浓度、流量一定

时,水的分离效率远低于甘油水溶液,这其中与水的

密度低于甘油水溶液,液滴所受的离心力较小,液滴的聚结几率也低于甘油水溶液有关,同时还与水滴的黏度(1m Pa #s)低于甘油水溶液有关。当液相是不同配比的甘油水溶液(10,15,20mPa #s)时,尽管其密度相差不大,但其分离效率也有很大的不同,其中黏度高(20m Pa #s)的分离效率最大,低黏度(10m Pa #s)的最小。不同液相最大分离效率时的临界流量也不同,水的Q cr 约为60m 3

/h,10mPa #s 和15m Pa #s 的甘油水溶液的Q cr 差不多,约为72m 3

/h ,20mPa #s 的甘油水溶液的Q cr 约为80m 3

/h 。这也验证了前面的分析,即低W e 数条件下,液体的黏度对液滴的破碎有很大的影响,液滴黏度越大,抗湍流扰动的能力越强,液滴也越不易破碎。所以低黏度的水滴在旋流场更容易破碎,其分离效率和临

界流量都比较低,而高黏度的甘油水溶液液滴的抗

破裂能力更强,所以随着液滴黏度的增加,其分离效率和临界流量都增大。

312 不同工质时流量对压力降的影响

图3为含液浓度20g /m 3

时,不同工质旋流器压力降随气体流量的变化情况。对于不同的液体,其压力降随流量的变化趋势基本相同。当流量一定时,其压力降差别不大,这说明当含液浓度比较低时,液相的物性对压力降的影响不大,液滴在流场中的团聚和破碎对整个分离过程压力降的影响可以忽略。因此,可以认为气液旋流分离器的压力降仅受旋流器结构和气相流量的影响。

图3 不同工质压力降随流量的变化F i g .3 E ffec t of flo w rate on p ressure fall

313 不同工质分离效率随含液浓度的变化

图4为气体流量7219m 3

/h 时,不同工质的分离效率随含液浓度的变化情况。可以看出,对于一定的液相,其分离效率随含液浓度的增大而上升。这是因为当流量一定时,含液浓度越大,流场中液滴的个数就越多,液滴碰撞聚结的机会也就越多,因此

127#第33卷第5期金向红,等:气液旋流器的分离性能

小液滴聚结成大液滴并最后聚结到筒壁的可能性就越大。图中还显示,相同的含液浓度时,高黏度甘油水溶液的分离效率最高,低黏度和低密度水的分离效率最低,

这和前面的结论一致。

图4 不同工质分离效率随含液浓度的变化Fig .4 E ffect of i n let drop let con cen trati ons

on separa ti on efficienc i es

314 不同工质时含液浓度对压力降的影响

图5为气体流量7219m 3

/h 时,不同工质条件下,旋流器压力降随含液浓度的变化情况。图中浓度为0时的压力降是不含液相的纯气流时的压力

降。图5显示,气体流量一定时,对于一定的工质,压力降几乎不随含液浓度变化,因此可以认为,在低含液浓度时含液浓度变化对旋流器的压力降影响不大,近似等于纯气流时的压力降。同时可以看出,对于不同的工质,其压力降相差不大,因此液相物性对压力降影响也不大,

这与前面的结论也一致。

图5 不同工质压力降随含液浓度的变化Fig .5 E ffect of i n let drop let con cen trati ons

on press u re fa ll

4 结论

(1)气液旋流分离过程是旋流场中液滴离心沉

降和碰撞聚结、破碎的复合过程。加强液滴的聚结,降低液滴的破碎几率是增大分离效率的有效途径。

(2)对于气液旋流分离器,W e 数较低,液体的黏度对液滴的破碎有很大的影响,液滴黏度越大越不易破碎,其分离效率和临界流量都越大。

(3)气液旋流分离过程有一个临界流量,当流量低于这一值时,流场湍流度较低,液滴破碎几率较低,分离效率随流量的增加而上升。当流量高于这一值后,筒壁处的剧烈湍流导致大量聚结后的液滴破碎,分离效率急剧下降。

(4)稀相时,液滴的碰撞聚结、破碎过程对旋流器压力降影响不大,因此物料中液相的物性以及含液浓度对气液旋流分离器的压力降影响可以忽略,压力降主要受旋流器结构以及流动速度影响。参考文献:

[1] 金有海,王建军,王宏伟,等.PSC 型旋风管内气相流动

的实验与数值研究[J].中国石油大学学报:自然科学

版,2006,30(6):71-76.

JI N Y ou -ha,i WANG Ji an -j un ,WANG H ong -w e,i et a.l Experi m enta l and nu m er i ca l study of gas fl ow in PSC type cyc l one t ube[J].Journa l o f Chi na U n i ve rsity o f Pe tro leum (Ed iti on of N atural Science),2006,30(6):71-76.[2] 金向红,金有海,王振波,等.气液旋流分离器排气管

结构的实验研究[J].中国石油大学学报:自然科学版,2008,32(2):108-113.JI N X i ang -hong ,

JI N Y ou -ha ,i W ANG Zhen -bo ,ea a.l

Experi m enta l study on the geo m etry of gas outl e t in gas -liqu i d cy clone separator [J].Journa l of Ch i na U n i ve rs i ty of Pe tro leum (Ed iti on o f N atura l Sc ience),2008,32(2):108-113.

[3] W IERZBA A,TAKAYAMA K.Exper i m enta l i nvesti ga -tion on li qu i d drop let breakup i n a gas strea m [J].R ep InstH igh SpeedM ech ,1987,53(382):1-99.

[4] J O SRPH D D,BELANG ER J ,BEAVER S G S .Breakup

of a li quid drop sudden l y exposed to a h i gh speed a ir strea m [J].Int J M u lti phase F l ow,

1999,25(6/7):

1263-1303.

[5] M ACK C lark M.D rop b reakup i n a turbu lent flow -II .Ex -pe ri m en ts i n a s m a ll m i x i ng vessel[J].Chem ical Eng-i neer i ng Sc ience ,1988,43(3):681-692.

[6] BOR ISOV A A.O n the m echan is ms of droplet breakup

and criter i a of the i r ex istence [J].Eng Phys ,1981,40(1):64-70.

[7] 蔡斌,李磊,王照林.液滴在气流中破碎的数值模拟

[J].工程热物理学报,2003,24(4):613-616.

CA I B i n ,L I L e,i WANG Zhao -lin .N u m er ica l analysis of liqu i d drop breakup i n a i rflo w [J].Journa l of Eng i neer i ng T he r mophysics ,2003,24(4):613-616.

[8] HOEK STRA A J ,DERK SEN J J ,VAN D en A kker H E

A.A n exper i m enta l and nu m er i ca l study of turbulent s w irling flo w i n gas cyc l ones[J].Che m ica l Eng i neer i ng

128#中国石油大学学报(自然科学版) 2009年10月

Sc i ence,1999,54(1):2055-2065.

[9]ERDA L F M.Lo ca lm easurem ents and co m puta tiona l fl u-

id dyna m ics si m u l a ti ons in a g as-liquid cy li ndrical cy clone

separato r[D].T ulsa:T he U niversity of T ulsa,2001. [10]胡栎元,时铭显.蜗壳式旋风分离器全空间三维时均

流场的结构[J].化工学报,2003,54(4):549-556.

HU L-i yuan,S H I M i ng-x i an.T hree-d i m ensiona l ti m e-

averaged fl ow structure i n cy clone separa tor w it h vo l ute

i nlet[J].Journa l of Che m ica,l2003,54(4):549-556.

[11]胡栎元,时铭显.蜗壳式旋风分离器内的湍流特性

(?):分离空间[J].化工学报,2004,55(3):345-

350.

HU L-i yuan,S H I M i ng-x ian.Turbulence properti es in

cyc l one separator w ith vo l ute i nlet(?):sepa ration space

[J].Journa l o f Che m ica,l2004,55(3):345-350. [12]BLA SS E,RAU TENBERG D.Coalescence o f drops in

li qu i ds on i ncli ned plates[J].G er Che m Eng,1984,7:

207-219.

[13]M EON W,BLA SS E.Coa l escence on i ncli ned plates in

li qu i d[J].Chem Eng T ech,1999,14(1):11-19.

(编辑韩国良)

(上接第118页)

[11]吴家龙.弹性力学[M].北京:高等教育出版社,2001.

[12]赵玉成,张亚红,白长青,等.固体火箭发动机模态分

析的缩聚方法[J].固体火箭技术,2004,27(2):98-

100.

ZHAO Y u-cheng,ZHANG Y a-hong,BA I Chang-q i ng,

et a.l M odal ana l y si s of so li d rocket m otors by m eans o f

a reduced m ethod[J].Journa l o f So li d Rocket T echno-l

ogy,2004,27(2):98-100.

[13]朱安文,曲广吉,高耀南.航天器结构动力模型修正

中的缩聚方法[J].中国空间科学技术,2003(2):6-

10.

Z HU A n-wen,QU G uang-j,i GAO Y ao-nan.M atri x re-

duction m ethod for upda ti ng dynam i c m ode l[J].Ch-i

nese Space Sc i ence and T echnology,2003(2):6-10.

(编辑沈玉英)

(上接第123页)

[14]王清印,赵秀恒.C型关联分析的概念及性质[J].华

中理工大学学报:自然科学版,1999,27(3):24-28.

WANG Q i ng-y i n,Z HAO X i u-heng.The relationa l analy-

sis o f C m ode[J].Journal o f H uaz hong U n i versity o f

Sc ience and T echnology(N at ura l Sc i ence Editi on),

1999,27(3):24-28.

[15]王清印,郭立田.广义关联分析方法研究[J].华中

科技大学学报:自然科学版,2005,33(8):32-36.

WANG Q i ng-y i n,GUO L-i ti an.G enera li zed re lati onal

ana l ys i s m ethod[J].Journa l of H uazhong U niversity o f

Sc ience and T echno l ogy(N atural Sc i ence Ed iti on),

2005,33(8):32-36.

[16]吕锋,刘翔,刘泉.七种灰色系统关联度的比较研究

[J].武汉工业大学学报,2000,24(2):13-17.

L B Feng,L I U X i ang,L I U Q uan.T he t heory o f gray re-l

ati ve analysis and it?s new research[J].Journal o fW u-

han U n i versity o f T echno l ogy,2000,24(2):13-17.[17]唐伟勤,肖新平.灰关联分析在复杂系统多层次评估

中的应用[J].武汉理工大学学报,2004,28(2):36-

40.

TANG W e-i qi n,X I AO X in-p i ng.A ppli cation of grey re-

lati on ana l ys i s to mu lt-i leve l evalua ti on i n co m plex sys-

te m s[J].Journa l o fW uhan U n i versity o f T echno l ogy,

2004,28(2):36-40.

[18]党耀国,刘思峰,刘斌.多指标区间数关联决策模型

的研究[J].南京航空航天大学学报,2004,26(3):

26-31.

DANG Y ao-guo,L I U S-i feng,L I U B i n.St udy on i nc-i

dence decisi on m aking model o f m ult-i attribute i nte rva l

number[J].Journal of N anji ng U niversity of A eronau-

ti cs&A stronauti cs,2004,26(3):26-31.

[19]刘思峰,郭天榜,党耀国.灰色系统理论及应用[M].

北京:科学出版社,1999:40-77.

(编辑沈玉英)

129

第33卷第5期金向红,等:气液旋流器的分离性能

分离原理

分离器工作原理.闪蒸原理核心提示：气液分离器的工作原理是什么?饱和气体在降温或者加压过程中。一部分可凝气体组分会形成小液滴·随气体一起流动。气液分离器作用就是处理含有少量凝液的气体，实现凝液回收或者气相净化。其结构一般就是一个压力容器，内部有相关进气构件、液滴捕集构件。一般气体由上部出口，液相由下部收集。汽液分离罐是利用丝网除沫。... 气液分离器的工作原理是什么?饱和气体在降温或者加压过程中。一部分可凝气体组分会形成小液滴·随气体一起流动。气液分离器作用就是处理含有少量凝液的气体，实现凝液回收或者气相净化。其结构一般就是一个压力容器，内部有相关进气构件、液滴捕集构件。一般气体由上部出口，液相由下部收集。汽液分离罐是利用丝网除沫。或折流挡板之类的内部构件。将气体中夹带的液体进一步凝结。排放，以去除液体的效果。基本原理是利用气液比重不同。在一个忽然扩大的容器中。流速降低后，在主流体转向的过程中，气相中细微的液滴下沉而与气体分离，或利用旋风分离器，气相中细微的液滴被入口高速气流甩到器壁上。碰撞后失去动能而与转向气体分离。分离器的结构与原理相辅相成,分离器不止是分离气液也分离气固,如旋风除尘器原理是利用离心力分离气体中的固体.气液分离器。根据分离器的类型不同，有旋涡分离。折留板分离，丝网除沫器。旋涡分离主要是根据气体和液体的密度。做离心运动时，液体遇到器壁冷凝分离。基本都是利用沉降原理的,瞬间扩大管道半径,造成压降,温度等的变化,达到分离的目的.使用气液分离器一般跟后系统有关。因为气体降温减压后会出现部分冷凝而后系统设备处理需要纯气相或液相，所以主反应后装一个气液分离器静止分离出气相和液相给后系统创造条件。工厂里常见的气液分离器是利用闪蒸的原理。闪蒸就是介质入渗入渗出一个大的容器，瞬间减压气化并实现气液分离，出口气相中含饱和水。而游离的水和比重大的液滴会由于重力作用分离出来。另外分离器一般带捕雾网。通过捕雾网可将气相中部分大的液滴脱除。气液分离器无非就是让互相混杂的气相液相各自聚合成股。液滴碰撞聚结，气体除去液滴后上升。从而达到分离的目的。原理是利用气液比重不同，在一个忽然扩大的容器中，流速降低后，在主流体转向的过程中。

气液分离技术

气液分离技术气液分离技术是从气流中分离出雾滴或液滴的技术。该技术广泛的应用于石油、化工、( 如合成氨、硝酸、甲醇生产中原料气的净化分离及加氢装置重复使用的循环氢气脱硫), 天然气的开采、储运及深加工, 柴油加氢尾气回收, 湿法脱硫, 烟气余热利用, 湿法除尘及发酵工程等工艺过程, 用于分离清除有害物质或高效回收有用物质。气液分离技术的机理有重力沉降、惯性碰撞、离心分离、静电吸引、扩散等, 依据这些机理已经研制出许多实用的气液分离器, 如重力沉降器、惯性分离器、纤维过滤分离器、旋流分离器等。一、重力沉降分离气液重力沉降分离是利用气液两相的密度差实现两相的重力分离, 即液滴所受重力大于其气体的浮力时, 液滴将从气相中沉降出来, 而被分离。重力沉降分离器一般有立式和卧式两类，它结构简单、制造方便、操作弹性大，需要较长的停留时间，分离器体积大，笨重，投资高，分离效果差，只能分离较大液滴，其分离液滴的极限值通常为 100μm，主要用于地面天然气开采集输。经过几十年的发展，该项技术已基本成熟。当前研究的重点是研制高效的内部过滤介质以提高其分离效率。此类分离器的设计关键在于确定液滴的沉降速度，然后确定分离器的直径。气液重力沉降分离是利用气液两相的密度差实现两相的重力分离, 即液滴所受重力大于其气体的浮力时, 液滴将从气相中沉降出来, 而被分离。二、惯性分离气液惯性分离是运用气流急速转向或冲向档板后再急速转向，使液滴运动轨迹与气流不同而达到分离。此类分离器主要指波纹（折）板式除雾（沫）器，它结构简单、处理量大，气速度一般在 15～25 m/s，但阻力偏大，且在气体出口处有较大吸力造成二次夹带，对于粒径小于 25μm 的液滴分离效果较差，不适于一些要求较高的场合。其除液元件是一组金属波纹板，其性能指标主要有：液滴去除率、压降和最大允许气流量（不发生再夹带时），还要考虑是否易发生污垢堵塞。液滴去除的物理机理是惯性碰撞，液滴去除率主要受液滴自身惯性的影响。通常用于：（1）湿法烟气脱硫系统，设在烟气出口处，保证脱硫塔出口处的气流不夹带液滴；（2）塔设备中，去除离开精馏、吸收、解吸等塔设备的气相中的液滴，保证控制排放、溶剂回收、精制产品和保护设备。现在波纹板除雾器的分离理论和数学模型已经基本成熟，对其研究集中在结构优化及操作参数方面来提高脱液效率。国内学者杨柳等对除雾器叶片形式作了比较，发现弧形叶片与折板形叶片的除雾效率相近，弧形除雾器的压降明显小于折板形，故弧形叶片除雾器的综合性能比折板式除雾器要好。三、介质过滤分离通过过滤介质将气体中的液滴分离出来的分离方法即为过滤分离。由于过滤介质相对普通折流分离来说具有大得多的阻挡收集壁面积而且多次反复折流液体很容易着壁，所以其分离效率比普通的折流分离高而且结构简单只需制作一个过滤介质架，体积比普通的折流分离器要小但是它的分离负荷范围更窄超过气液混合物规定流速或者液气比后分离效率会急剧下降，过滤介质分离器的阻力比普通的折流分离器大而且还具有工作不稳定容易带液填料易碎易堵等缺点。过滤型气液分离器具有高效、可有效分离 0.1～10μm 范围小粒子等优点，当气速增大时，气体中液滴夹带量增加，甚至，使过滤介质起不到分离作用，无

旋流板式气液分离器的放大规律解读

第3卷第5期过程工程学报 Vol.3 No.5 2003年10 月 The Chinese Journal of Process Engineering Oct. 2003 收稿日期:2003–03–12, 修回日期:2003–05–06 基金项目:中国石油化工股份有限公司科技开发资助项目(编号: 300023 作者简介:魏伟胜(1962–, 男, 广东省五华县人, 硕士, 高级工程师, 主要研究催化反应工程, E-mail: weiws@https://www.wendangku.net/doc/315567270.html,. 旋流板式气液分离器的放大规律魏伟胜,樊建华,鲍晓军, 石冈 [石油大学(北京中国石油天然气集团公司催化重点实验室, 北京 102200] 摘要:对旋流板式气液分离器在3种规模、18种旋流板结构下进行了模型实验研究,考察了旋流板结构参数(径向角、仰角和叶片数量对分离效率和压降的影响,并建立了预测分离器压降的关联式,为旋流板结构参数的确定提供了依据. 工业应用的标定结果表明分离器压降预测式是准确的,它可用于工业气液分离器的放大设计. 关键词:气液分离;旋流板;分离效率;压降中图分类号:TQ028.4 文献标识码:A 文章编号:1009–606X(200305–0390–06 1前言旋流板式气液分离器是一种典型的基于离心分离原理的气液分离器[1,2]. 分离器的主体为一圆柱形筒体,上部和下部均有一段锥体,见图1. 在筒体中部放置的锥形旋流板是除雾的关键部件,其结构如图2所示(详细结构可参考文献[3]. 旋流板由许多按一定仰角倾斜的叶片放置一圈,当气流穿过叶片间隙时就成为旋转气流,气流中夹带的液滴在惯性的作用下以一定的仰角射出而被甩向外侧,汇集流到溢流槽内,从而达到气液分离的目的. 叶片在竖直方向的倾斜程度用仰角α表示,在径向的排列方式用径向角β表示. 叶片数量、仰角α和径向角β是旋流板的3个重要参数.

低温分离器用于天然气井口气脱水脱烃装置选型和设计方案

高效低温分离器用于天然气井口气脱水脱烃装置选型和设计方案诺卫能源技术（北京）有限公司在井口天然气项目中，均建设有天然气脱水脱烃橇块装置。脱水脱烃橇块装置，主要作用是脱除原气携带的易凝析液，包括水和多碳烃。关于井口天然气脱水脱烃橇块装置原气分离核心设备，主要涉及到前冷分离器和后冷分离器，尤其是后冷分离器的选型和设计。设计院了解诺卫能源技术公司在国内外不少天然气项目上设计提供过诸多类型的天然气分离器，故而向诺卫能源技术公司请求提供技术方案。这里，提供一套天然气处理厂脱水脱烃单元简易流程图，供大家一起分享，分析和讨论。附天然气脱水脱烃单元简易流程图：从流程图可知，前冷分离器，即原料气分离器，主要用于脱除原料天然气中经前冷器后形成的凝析油液滴液沫。后冷分离器，即低温分离器，主要用于脱除天然气经乙二醇喷淋脱水后气相挟带的乙二醇/水液滴液沫。原料气分离器和低温分离器，均用于高效脱除气流中携带的液滴液沫。相对而言，原料气经前冷形成的液滴液沫量相对较少，而低温分离器则需要处理带液量高的乙二醇喷淋洗涤的天然气。从处理气流中不同带液量工况来看，原料气分离器宜采用立式结构，而低温分离器则宜采用卧式结构。故建议设计院和天然气处理厂在今后的新项目中，将原来采用的立式结构的低温分离器调整为卧式结构。卧式结构的分离器，在相同壳体尺寸的分离器储液能力要大不少。

由于天然气原气来自于集气单元，天然气不仅含有凝析油和水，还含有高粘性凝胶质和颗粒物，脱水脱烃装置这种工况下的分离器内件，建议采用多因子旋流子母分离除沫器或羽叶高效除沫除雾分离器等高稳定分离效率和高抗堵塞性能的动力学高效气液除沫分离技术设备，不宜采用传统的丝网式、滤网式、滤芯式除沫分离内件设备。后者的内件很容易堵塞，运行压降高，内件更换维护频繁，运行维护费用高，且还需设置备机以便在滤芯更换期间切换使用。并且，由于上游集气单元及更前端工况变化，工况波动大。且工艺设计工况，与设备实际运行工况差别较大。因而，必须选用操作弹性大、分离效率高、运行稳定性高的动力学高效气液除沫除雾分离器，如G50型羽叶除沫除雾分离内件或G54型多因子旋流子母分离除沫内件。上世纪中叶以来的第一代雪弗龙简易光板折流板、旋流板、大直径旋风分离器等，都不太适应大幅波动的工况。大型特大型天然气处理厂往往采用TEG脱水工艺。TEG脱水工艺装置属于塔系脱水，包含吸收塔、闪蒸塔、再生塔、汽提塔等塔系混成处理，适于大型、特大型天然气生产和集输处理，比如20亿立方以上规模项目，即采用TEG脱水方式，我们为客户在SNG项目提供的脱水技术即为TEG法。TEG脱水塔系，操作压力不能太高，否则，塔体设备壁厚太大，投资太高。而乙二醇法脱水工艺适于井口高压超高压工况尤其是井口天然气脱水脱烃，装置易于小型橇块化，国内外不少井口气处理工艺均沿用该工艺。不排除未来的TEG改进工艺用于这类工况压力很高的井口气项目。关于动力学分离技术及其内件设计计算，需要提醒大家如下：国内外有的厂家也开始模仿采用诺卫能源技术公司公司的羽叶除沫除雾分离内件。但是，羽叶除沫除雾分离技术，是基于其精准动力学分离系统平台设计技术获得的设计结果和组态形式。必须根据不同温度和压力工况下的气相组成和平均分子

气液旋流器的分离性能

收稿日期:2008-12-08 基金项目:国家/8630高技术研究发展计划项目(2006AA06Z224) 作者简介:金向红(1965-),男(汉族),河南驻马店人,副教授,博士,研究方向为多相流分离技术。文章编号:1673-5005(2009)05-0124-06 气液旋流器的分离性能金向红1,2 ,金有海1 ,王建军1 ,孙治谦1 ,陈新华 1 (1.中国石油大学多相流实验室,山东东营257061;2.安徽理工大学化工系,安徽淮南232001) 摘要:旋流器内气液两相的分离过程是液滴离心沉降和碰撞聚结、破碎的复合过程。对液滴的聚结、破碎机制进行分析,试验验证液相物性、流场强度对液滴聚结、破碎以及旋流器分离性能的影响。结果表明:液相黏度对涡流场中液滴的破碎影响很大,黏度增大分离效率上升;湍流强度是导致旋流场液滴破碎的主动力,当流量达到一定值时,高湍流强度导致液滴破碎,分离效率随流量上升开始急剧下降;液滴聚结、破碎过程对分离器压力降影响不大。关键词:气液旋流分离器;分离效率;液滴;团聚;破碎中图分类号:TQ 05118;TE 969 文献标识码:A Separation perfor m ance of gas -liqui d cycl one separator JI N X iang -hong 1,2 ,JI N You -ha i 1 ,WANG Jian -j u n 1 ,S UN Zh-i qian 1 ,C HEN X i n -hua 1 (1.Institute of M u ltiphase F low in China Universit y of P etro leu m,D ongy ing 257061,China ; 2.D e p ar t m ent of Che m ical Eng i neering ,A nhui U ni ver sity of Science and T echno logy,H uainan 232001,Ch i na)Abstrac t :T he separa ti on o f gas -li qu i d t w o -phase flo w i n t he cyc l one separator is a co m pound process of centr ifuga l sepa ra -ti on ,coa l escence and breakup of drop l e ts .The m echan i s m of drop l e ts coa l escence and breakup w ere discussed .The effects o f liqu i d v iscosity and t urbulence i n tensity on drop lets coa lescence ,breakup and separation perfor m ance we re proved by ex -per i m ents .The experi m enta l results s how t hat the li qu i d v iscosity has much eff ec t on drop l e ts breakup in vortex field ,and the separation effic i ency i ncreases w ith t he li quid v i sco sity i ncreasi ng .T he turbulence i ntensity is the m ai n f o rce w hich breaks up the drop l e ts .W hen the fl ow rate i s up to so m e extent ,the high t urbulence i ntensity breaks up t he droplets ,then t he sepa ra -ti on effic i ency w ill decrease sha rply .W h ile the coa l escence and breakup of droplets has little effect on pressure f a ll i n cy -clone separator . K ey word s :gas -li qui d cyc l one sepa rato r ;separa ti on efficiency ;li qui d drop l ets ;coa lescence ;breakup 传统上,旋流器内气液两相的分离过程只是从离心沉降来理解,但研究者在试验研究和工程应用中发现,气液旋流分离器内流场是三维强旋湍流,在流场内分散液滴因气液两相的密度差而受到比较大的离心力,产生离心沉降,同时在湍流场内液滴之间又会产生剧烈的碰撞、团聚、破碎和扩散,两相的分离过程是旋流场中液滴离心沉降和碰撞聚结、破碎的复合过程。其分离性能不仅受液滴的离心沉降影响,还受湍流场中液滴间碰撞、团聚、破碎以及液相扩散的影响。试验表明,对于稀相气液两相流,液滴间的碰撞、团聚、破碎不仅与气液两相时均流场有关,还与流场湍动强度、含液浓度以及分散液相的密度、黏度、表面张力等物性密切相关[1-2] ,但受试验条件限制,目前对液滴聚结、破碎的机制认识还不透彻,单从试验和理论上还很难得出准确的解释[3-7] 。笔者通过试验考察稀相状态时液相黏度对气液旋流器分离性能的影响,并对三维强旋湍流中分散液滴的碰撞、团聚和破碎机制进行分析。 1 液滴在旋流场的聚结与破碎 111 液滴在旋流场的碰撞聚结旋流器内部是三维强旋湍流场,其切向速度分 2009年第33卷中国石油大学学报(自然科学版) V o.l 33 N o .5 第5期 Journa l o f China U n i versity of Pe tro leum O ct .2009

以溢流锥降液旋流板技术原理及应用简况

一、旋流板技术的原理及应用简况 1970年代我们为浙江松门盐场海水提溴装置的设计、开车而进行Φ300湍球塔试验时，发现空塔气速大于3m/s后，雾沫夹带愈来愈严重，以至无法坚持实验。我们分析：一般的除雾方法不能适应或结构复杂，另一方面，气速高，正好利用离心原理除雾。于是制作了形状像风车叶轮的旋流除雾板（参看图2顶部），放在塔的近顶部，它本身不动，而是使气流通过它以后发生旋转，其中夹带的雾滴在离心力的作用下甩向塔壁，能得到分离。试用下来效果良好，保证了湍球塔试验的进行。 72年初对旋流板除雾器的性能及结构作了进一步的试验和改进，在空塔气速3~5m/s下，测得其除雾效率在99%以上，压降约10~30mm水柱【1】。对应于板的开孔率约30%，穿孔气速约10~17m/s，相当于旋风分离器内的中、低速。它比旋风器简单，阻力也较小。试验中还观察到：由于旋流叶片的折流作用，一小部分雾滴直接碰撞到叶片上而被分离。在除雾试验取得成功的基础上，考虑到旋流板负荷高（空速大）、压降低的特点，如用于气液接触，有可能突破一般塔板的负荷上限：（1）雾沫夹带。从旋流板良好的除雾性能，可以估计到它的夹带限应比一般塔板高很多。（2）淹塔或液泛。气、液在塔板上接触以后，由于离心力的作用，不仅气流内的液滴易于分离，而且液流内的气泡也易于分离，应能提高溢流管的通过能力及淹塔限。（3）压降。旋流板因开孔率大而自身的阻力压降相当小，作塔板使用时属喷射型，液层薄，湿板压降也应当比较小。从传质、传热的角度看，喷射型塔板的效率一般较低，而且旋流板现为片型结构，片与片间的距离较大，这是不利的因素；但在离心力场内，液滴与气流间有附加的相对运动，这是有利因素。板效率究竟有多大？有关因素的影响如何？是它能否实际应用的关键之一，需通过试验考察。还考虑到用作塔板时，有利于除雾板的主要特征是：（1）通过塔板的液滴负荷要大得多。（2）不仅要求除雾，更主要的是提供尽可能良好的气液接触机会。 1975年仍在Φ300塔中，对不同结构的旋流塔板用空气—水系统进行了流体力学及传

气液分离器的原理

气液分离器采用的分离结构很多,其分离方法也有： 1、重力沉降； 2、折流分离； 3、离心力分离； 4、丝网分离； 5、超滤分离； 6、填料分离等。但综合起来分离原理只有两种：一、利用组分质量（重量）不同对混合物进行分离（如分离方法 1、2、3、6）。气体与液体的密度不同，相同体积下气体的质量比液体的质量小。二、利用分散系粒子大小不同对混合物进行分离（如分离方法4、5）。液体的分子聚集状态与气体的分子聚集状态不同，气体分子距离较远，而液体分子距离要近得多，所以气体粒子比液体粒子小些。一、重力沉降 1、重力沉降的原理简述由于气体与液体的密度不同，液体在与气体一起流动时，液体会受到重力的作用，产生一个向下的速度，而气体仍然朝着原来的方向流动，也就是说液体与气体在重力场中有分离的倾向，向下的液体附着在壁面上汇集在一起通过排放管排出。 2、重力沉降的优缺点优点： 1）设计简单。 2）设备制作简单。

3）阻力小。缺点： 1）分离效率最低。 2）设备体积庞大。 3）占用空间多。 3、改进重力沉降的改进方法： 1）设置内件，加入其它的分离方法。 2）扩大体积，也就是降低流速，以延长气液混合物在分离器内停留的时间。 1）设计简单。 2）设备制作简单。 3）阻力小。缺点： 1）分离效率最低。 2）设备体积庞大。 3）占用空间多。 3、改进重力沉降的改进方法： 1）设置内件，加入其它的分离方法。 2）扩大体积，也就是降低流速，以延长气液混合物在分离器内停留的时间。

优点：４、由于气液混合物总是处在重力场中，所以重力沉降也广泛存在。由于重力沉降固有的缺陷，使科研人员不得不开发更高效的气液分离器，于是折流分离与离心分离就出现了。二、折流分离１、折流分离的原理简述由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起流动时，如果遇到阻挡，气体会折流而走，而液体由于惯性，继续有一个向前的速度，向前的液体附着在阻挡壁面上由于重力的作用向下汇集到一起，通过排放管排出。２、折流分离的优缺点优点：１）分离效率比重力沉降高。２）体积比重力沉降减小很多，所以折流分离结构可以用在（高）压力容器内。３）工作稳定。缺点：１）分离负荷范围窄，超过气液混合物规定流速后，分离效率急剧下降。２）阻力比重力沉降大。３、改进从折流分离的原理来说，气液混合物流速越快，其惯性越大，也就是说气液分离的倾向越大，应该是分离效率越高，而实际情况却恰恰相反，为什么呢？究其原因：１）在气液比一定的情况下，气液混合物流速越大，说明单位时间内分离负荷越重，混合物在分离器内停留的时间越短。２）气体在折流的同时也推动着已经着壁的液体向着气体流动的方向流动，如果液体流到收集壁的边缘时还没有脱离气体的这种推动力，那么已经着壁的液体将被气体重新带走。在气液比一定的情况下，气液混合物流速越大，气体这种继续推动液体的力将越大，液体将会在更短的时间内

柱式气液旋流分离器设计

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 Cyclone Author: 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

旋流分离器在石油化工中的应用.

Equipment Manufactring Technology No.12, 2008 旋流分离器常用于选别、分离、分级等目的, 是工业生产中广泛使用的一种流体机械。根据其工作介质的不同, 可分为旋风分离器和旋液分离器。前者工作介质为气体, 由于结构简单, 造价低廉, 性能比较稳定, 故在超细粉体制备中常用做专用分级机和收尘捕集器; 后者工作介质为液体, 已有一个多世纪的发展历史, 使用也很广泛, 如选煤厂洗煤、造纸厂洗浆、石油开采业油水分离等[1]。由于旋流分离器内的流型比较复杂, 加之影响旋流分离过程的某些现象仍未完全清楚,为使选用或设计的旋流器的性能满足工艺要求, 使用者必须根据自身的生产实际进行适当的换算, 以选择适当的设备。同时, 目前对旋流分离器的理论和实验研究还无法做到深入和全面, 理论研究与实验测试的结果难于统一,很多理论还需要实践的不断检验。 1旋流分离器的工作原理与特点 1.1旋流分离器的工作原理旋流分离器, 简称旋流器, 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分离的机械分离设备。旋流分离器的基本构造为 1个分离腔、 1~2个入口、 2个出口。分离腔主要有圆柱形、圆锥形、柱 -锥形三种基本形式。柱-锥形又有单锥形和双锥形两种。入口有单入口和多入口数种。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。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。工作时, 混合物料由入口切向送入旋流器圆筒部旋流腔内, 在圆筒中形成高速回转运动, 产生离心力场, 在离心力作用下, 混合物内质量较大的部分,发生离心沉降,被抛向器壁而失去动能, 在重力作用下向下旋动, 沉降到圆筒壁上并滑向圆锥体, 经由底流出口排出; 其他质量较小的部分, 由于受离心力作用

羽叶分离器用于加氢脱硫单元循环氢脱硫塔严重带液问题解决方案

羽叶分离器用于加氢脱硫单元循环氢脱硫塔严重带液问题解决方案诺卫能源技术（北京）有限公司罗力最近，有企业咨询其加氢脱硫单元循环氢脱硫塔严重带液，寻求解决之道。其实，塔顶气相带液严重的问题，不仅在石化行业加氢装置胺法脱硫塔上存在，在低温甲醇洗脱硫塔、焦炉气钛箐钴湿法脱硫塔、LNG项目MDEA脱碳塔、天然气TEG 脱水塔、粉煤气化水洗塔、硫酸磷酸尾气洗涤塔、化工蒸馏塔、闪蒸塔等装置均不同程度存在，严重者塔内跑液超过300升/小时，企业运行成本居高不下。大家一起来从工艺原因和设备原因进行分析。先从工艺上看，塔内操作温度波动、压力波动和气体流量波动因素，可以从显示仪表上查证。温度升高、压力降低，即便压缩机显示的流量不变，塔内实际工况气体体积流速、线速度已经增大，这可是仪表无法直接显示的。实际上，工况波动往往难免，则需要从设备技术上对症下药加以预防。再从技术设备工装上分析。目前，不少行业技术革新很慢，还在沿用上世纪中叶技术，只有近年发展起来的一些新兴行业试图挑战传统行业而采用新技术设备。多数传统行业企业前述塔系气相采出口气液分离内件，仍然在采用十分简陋的丝网除沫器、筛网除沫器、鲍尔环填料除沫器等分离介质搭桥形成的“孔格”阻挡拦截式分离。先不说这些内件本身易于腐蚀断碎堵塞过流通道，单就入口原料气携带的包括催化剂破碎颗粒物和反应形成的凝胶质也会堵塞过流通道。其次，这类传统阻挡拦截式气流除沫分离技术内件，其操作弹性上限为额定负荷110%；而实际运行工况中，由于温度升高、压力降低、气流增速，以及前述因素导致的气流带液量增

加，往往会突破110%额定负荷上限，造成分离内件间或“液涌”，塔内液随气流逃出塔系。再者，如果塔系出口管线下游设备还设置有分离器，再如果分离器内件与塔内除沫分离内件同属一代设备，分离器只能起到缓冲罐储存段塞流作用，而较难实现对气相中液沫拦截捕集。我们把视线切换到国内近年新兴行业上，如煤制烯烃、煤制油等新型煤化工项目，其气液分离多采用羽叶式分离技术，又如国外甲醇合成四大工艺包戴维、鲁奇、卡萨利、拓普索，均被推荐或指定采用。羽叶气液分离技术及设备，较上述传统分离技术设备体现出的技术经济优势有：1、羽叶分离器属于动力学分离技术，不是象传统分离技术通过介质表面孔径阻挡拦截方式实现分离，从而其抗堵塞能力很优秀、定量分离能力和效率也很强。2、不需要备机，分离内件可以在大修期间简易维护，不需更换新内件，运行成本极低。3、羽叶气液分离技术，其操作弹性区间为10%~125%，G50型羽叶叶片专利技术内件操作弹性上限超过额定负荷140%，较上述传统分离技术大幅提升。4、从内件组态结构上看，气流通过内件组时，分离下来的液体与分离纯化后的气流分别处于两个独立的流道、且分离后的液体和气体在独立的两个流道中以相互垂直的方向流动，两者不见面、不在形成“二次挟带和返混”；不像传统丝网分离内件分离出来的液滴又如下暴雨般落回上升的气流，被气流重新带回丝网内件进行分离，如此反复。羽叶叶片专利技术内件结构，决定其性能远优于传统分离技术。我方已为国内外诸多项目直接或间接提供分离技术方案设计和核心设备制造供货，该设备在中国大型项目上的应用，如中石化中天合创煤制烯烃项目、GE承包的邯钢焦化厂焦炉气改造项目、神华宁煤煤制油项目等，已有十分成功应用。国内传统项目数量多、规模也不小，在当下经济技术转型时期，建议国内类似项目业主和设计院，可抓住机会实现技术升级换代，形成我国类似项目新的技术升

柱状气液旋流分离器的研究现状及应用前景

!专题综述# 柱状气液旋流分离器的研究现状及应用前景寇杰 (中国石油大学#华东) 摘要气液旋流分离器(GLCC)依据离心分离原理实现气液的分离,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、质量轻、应用方便等优点。简要介绍了GLCC 的结构、工作原理和研究现状,在此基础上,较为详细地描述了其在石油石化工业中的应用前景。关键词柱状气液旋流分离器气液分离研究现状应用前景引言在石油石化工业中,为了满足计量、加工、储存和长距离输送的需要,必须将石油按液体和气体分开,这个过程通常在分离器和塔器中进行,这是油田和炼油厂中使用最多、最重要的压力容器设备之一。纵观气液分离器的发展过程 \ [1,2\] ,大体分为 3个阶段,最早出现并大量使用的是传统的容器式分离器(立式或卧式)与容器式凝析液捕集器。经过几十年的发展,该项技术已基本成熟。当前研究的重点是研制高效的内部填料以提高其分离效率。容器式分离器仅仅依靠气液相密度差实现重力分离,需要较长的停留时间,因此容器式分离器体积大,笨重,投资高。特别是随着海上油气田的开发,传统分离器更显示了难以克服的缺点。基于此原因,一种新型的分离器)))柱状气液旋流分离器(Gas-L i q u i d Cy li n drical Cyclone ,简称GLCC )应运而生,与传统的容积式分离器相比,它具有结构简单紧凑、能耗低、质量轻、应用方便等优点。同时从环境和安全考虑,它可明显降低烃的残留量\[3\]。一项对几种气液分离器尺寸和质量的研究报告表明:在分离压力为680kPa ,气液流量分别为1980m 3 /d 和16000m 3 /d 的条件下,GLCC 的内径和高度为115m 和6m,这两个尺寸分别是相应的传统立式分离器(217m @1015m )的"-和卧式分离器(5179m @22186m )的"/,另外,其质量分别是立式的"3和卧式的1/64 \[4\] 。 GLCC 结构、工作原理及研究现状 GLCC 的结构如图1所示。它是带有倾斜切向入口和气体及液体出口的垂直管,既没有可运动部件,也无需内部装置 \[5\] 。气液混合物由切向入口进入旋流分离器后形成的旋流产生比重力高出许多倍的离心力,由于气液相密度不同,所受离心力差别很大,重力、离心力和浮力联合作用将气体和液体分离。液体沿径向被推向外侧,并向下由液体出口排出;而气体则运动到中心,并向上由气体出口排出。图1 GLCC 结构示意图 GLCC 的操作受到2个因素的限制,即顶部气流中的含液量及底部液流中的含气量。气流中出现液体表明携带液体的开始;底部液流中出现气泡表示其已开始携带气体。可以由这2种现象来界定GLCC 的高效运行范围。由于在GLCC 内部气液的流动形式复杂多变,在入口上方的流动形式包括气泡流、分层流、段塞流、环状流和雾状流等;在入口下方的流动形式由一个带有丝状气核的液体旋涡组成;在液面远低于入口时,液体以涡流的形式由 ) 71) 2006年第34卷第4期石油机械 CH I NA PETROLEU M M ACH I NERY

机械毕业设计1708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

气液两相流的分离

气液两相流的分离方法综述摘要：本文从气液两相流分离方法出发，分析了6种最常见的气液分离方法。研究了各种气液两相流分离方法的原理，介绍了各方法的优缺点及利用这些方法制造出的气液分离器的结构，并介绍了各种分离方法适用的领域，并针对部分方法提出了可能的改进方法。关键字：气液两相流分离机理气液分离器引言气液两相流的分离主要在气液分离器中进行，而气液分离器采用的分离结构很多,其分离方法主要有6种，分别是：1、重力沉降；2、折流分离；3、离心分离；4、丝网分离；5、超滤分离；6、填料分离等。但综合起来分离原理只有两种：一、利用组分质量（重量）不同对混合物进行分离（如分离方法1、2、3、6）。气体与液体的密度不同，相同体积下气体的质量比液体的质量小。二、利用分散系粒子大小不同对混合物进行分离（如分离方法4、5）。液体的分子聚集状态与气体的分子聚集状态不同，气体分子距离较远，而液体分子距离要近得多，所以气体粒子比液体粒子小些。下面就每种方法的原理进行介绍。

1.重力沉降 1.1 重力沉降原理气液重力沉降分离是利用气液两相的密度差实现两相的重力分离,即液滴所受重力大于其气体的浮力时,液滴将从气相中沉降出来,被分离。由于气体与液体的密度不同，液体在与气体一起流动时，液体会受到重力的作用，产生一个向下的速度，而气体仍然朝着原来的方向流动，也就是说液体与气体在重力场中有分离的倾向，向下的液体附着在壁面上汇聚在一起通过排放管排出。 1.2 重力沉降式气液分离器图1 立式和卧式重力沉降气液分离器简图重力沉降分离器一般有立式和卧式(图1)两类，它结构简单、制造方便、操作弹性大，但操作需要较长的停留时间，分离器体积大，笨重，投资高，分离效果差，只能分离较大液滴，其分离液滴的极限值通常为100μm，主要用于地面天然气开采集输。