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紧凑型柱状气液两级旋流分离器流场与分离特性研究柱状气液两级旋流分离器拟应用于低气液比段塞流工况与高气速环雾状流工况,以更好地应对段塞冲击与液膜攀升问题。
为此本文分析了两级旋流分离机制所依托附件的设计要点,借鉴了旋风分离器的基本设计理论,通过数值模拟的手段对分离器结构参数进行了优化。
最后根据数值模拟优化的成果加工了试验样机,并且搭建试验平台进行了试验探究。
主要研究内容与结论如下:对分离器内流场分布与旋流稳定性进行一般性分析,分析表明,切向速度分布呈现“兰金”组合涡分布特征,相对应地,动压和总压也呈现为“组合涡”的分布特征,而静压则是沿径向由壁面向轴心逐渐减小;轴向速度整体呈现“倒V”型分布,但当升气管直径增加到一定程度时,由于静压恢复产生滞流,则会呈现“M”型分布。
旋流不稳定性是单向直切入口式分离器的固有属性,将不稳定性与压力损失作为评价分离性能的指标,针对不同的结构参数进行了对比分析,结果表明:旋流不稳定性程度随着入口截面比的增大、升气管直径的减小、升气管插入深度的增加而减弱;压力损失随着入口截面比的增大、升气管直径的减小、升气管插入深度的增大而增大;综合考虑后,将对应结构参数确定如下:K<sub>A</sub>=7.85、Dc=90 mm、S=200 mm。
随着排液环隙间距L的增大,升气管内旋流强度增大,但同时分离器的压力损失增大,综合考虑后,取L=10 mm;随着回流管直径的增大,回流量增大,有利于液膜回流,但同时会降低分离空间的旋流强度,综合考虑后,取d<sub>h</sub>=20 mm。
为了研究分离器的适用性,特选取环雾状流流型与段塞流流型工况范围,利用Malvern-Insitec在线激光粒度仪测试分离器出口粒径与气中含液率,并且对分离器在对应流型下的高效运行区进行了标定。
研究发现:环雾状流流型下,分离器出口液滴粒径分布随表观气速的变化显著,而粒径分布随表观液速的影响是否显著主要受到表观气速的影响。
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)。
毫秒级气液快速旋流分离的研究的中期报告一、引言气液旋流分离器是一种常用的气液分离设备，广泛应用于化工、石油、环保等领域。
传统的气液旋流分离器存在着分离效率低、速度慢、体积大等问题，限制了其在高效分离领域的应用。
为了解决这些问题，我们在前期的研究基础上，开始了毫秒级气液快速旋流分离的探索和研究。
本报告旨在介绍我们的研究进展和初步结果。
二、实验设计与方法本研究采用了实验室规模的旋流分离器进行实验，主要包括以下步骤：1. 设计和制作气液旋流分离器，确保其结构合理和稳定性。
2. 进行实验测试，调整参数以得到最佳的旋流分离效果。
3. 测量分离效率和分离速度，并与传统旋流分离器进行对比分析。
三、实验结果与讨论经过一系列的实验测试和数据分析，我们得到了以下初步的研究结果和讨论：1. 优化设计的气液旋流分离器在毫秒级时间尺度下能够实现快速分离，相比传统旋流分离器有明显的速度提升。
2. 实验结果显示，采用优化参数后的旋流分离器能够达到较高的分离效率，远优于传统旋流分离器。
3. 通过比较实验数据，我们发现了影响气液旋流分离效果的关键因素，如旋流器的结构参数、气液流量比等。
4. 我们对实验结果进行了进一步讨论和分析，提出了可能的改进方案和优化策略。
四、结论在本次研究中，我们通过对毫秒级气液快速旋流分离的实验研究，初步证明了该方法具有较高的分离效率和速度。
这将有望在化工、环保等领域中得到广泛应用。
然而，还需要进一步研究和改进，以进一步提高分离效果和应用范围。
五、展望基于中期研究结果，我们计划开展以下工作：1. 深入研究气液旋流分离器的内部流动机理，进一步优化设计参数，进一步提高分离效率和速度。
2. 开展大规模实验和工程应用验证，验证毫秒级气液快速旋流分离的可行性和实用性。
3. 开展与其他领域的合作研究，进一步拓宽该技术在工业领域的应用。
六、致谢在本次研究中，我们受到了多方的支持和帮助，在此向所有给予帮助和支持的人表示衷心的感谢。
分析天然气净化用旋风分离器气液分离性能摘要：为了对天然气净化用旋风分离器气液分离性能进行有效评价，应用两种方法进行了实验。
本文针对天然气净化用旋风分离器气液分离性能做出了进一步探究，对实验、实验结果进行了详细分析。
关键词：天然气净化；旋风分离器；气液分离性能天然气气质对压缩机组以及阀门等设备的有序运行非常关键，一些长输管线的上游气田特性为凝析气田等，凝析气为多元组分当中的一种气体混合物，以饱和烃组为组。
如果天然气当中，含有的重组分进入到了管道，会因为温度以及压力产生的变化，出现凝析以及反凝析的情况。
因为管道当中的内气速比较高，通常气体当中的析出来的液体，在管道当中很难构成相对稳定的连续液相，会引用微笑液滴的方式，在气相中夹带。
如果天然气当中，产生了凝析水以及凝析油，液滴以及天然气当中的氯离子以及湿气当中存在的二氧化碳等会结合在一起，这样压缩机叶片便会发生腐蚀，对其使用寿命产生影响，并影响使用安全。
此外，如果天然气当中，存在轻烃以及水滴，会使压缩机将干气密封发生失效，从而导致成燃气系统调压器发生堵塞。
1、实验1.1材料实验介质为空气，温度为室内温度，压力为大气压。
为了对天然气中存在的游离水以及轻烃进行模拟，实验应用的液体为DOS。
1.2实验装置以及分析仪器实验装置示意图，如图一所示。
雾化部分流程图，如图二所示。
图一：实验装置示意图图二：雾化部分流程图实验当中，测量的主要参数包括旋风分离器当中的入口气速、粒径分布以及进出口液滴的浓度。
旋风分离器当中入口气速，应用皮托管进行测量，进口液滴浓度，可借助液滴雾化系统进行确定，但是难以测量进口液滴的粒径分布。
由于从雾化贫嘴出口一直到旋风分离器当中的入口，存在一定的距离，所以从雾化喷嘴当中出来的液滴粒径分布不同于旋风分离器入口[1]。
旋风分离器出口液滴浓度，有两种不同的测量工作，相互印证，这样可使测量精度提升。
依照等动采样原理，可采样旋风分离器出口气体。
其一，借助高精度玻璃纤维滤膜；其二，利用光学粒子计数器Welas2000。
螺旋轴流泵叶轮内气液两相流分离特性及气堵机理螺旋轴流泵是一种常用的泵类设备，在工业生产和生活中广泛应用。
而在泵的工作过程中，由于水中含有气泡，会造成叶轮内部形成气液两相流。
这种气液两相流在泵性能和运行稳定性方面都会产生一定的影响。
因此，研究螺旋轴流泵叶轮内气液两相流分离特性及气堵机理对于提高泵的效率和性能有着重要的意义。
首先，对于螺旋轴流泵叶轮内气液两相流的分离特性进行研究是十分必要的。
气液两相流在叶轮内部流动时会产生相互作用和干扰，导致流动性能下降，使泵的效率降低。
因此，了解气液两相流在叶轮内的分离情况对于提高泵的效率和稳定性是非常关键的。
叶轮内气液两相流分离特性的研究可以从两个方面来进行，一是通过理论模型进行分析，二是通过实验研究进行验证。
在理论模型方面，可以采用数值模拟的方法来研究气液两相流在叶轮内的流动情况。
通过建立数学模型，考虑气液两相流之间的相互作用和干扰，可以得到气液两相流在叶轮内的分布情况和分离程度。
进一步，可以优化叶轮的结构和参数，提高气液两相流的分离效果。
在实验研究方面，可以通过搭建实验装置，模拟螺旋轴流泵叶轮内的气液两相流动情况。
通过运用高速摄像技术，观察气液两相流在叶轮内的分离情况，了解气液两相流的流动规律和分离机理。
同时，可以通过改变叶轮结构和参数，验证理论模型的准确性，优化螺旋轴流泵的设计。
另外，研究气液两相流在叶轮内的气堵机理也是十分重要的。
由于气液两相流存在气泡，气泡容易积聚在叶轮内部形成气堵现象，导致泵的正常工作受阻。
因此，研究气堵机理有助于提高螺旋轴流泵的运行稳定性和可靠性。
气堵机理的研究可以从理论和实验两个方面进行。
在理论方面，可以通过建立数学模型来分析气堵现象的发生条件和机理。
通过理论分析，可以优化叶轮的设计，减少气堵现象的发生。
在实验方面，可以通过搭建实验装置，观测气液两相流在叶轮内的气堵现象。
通过改变叶轮的转速、入口流量和气体含量等参数，研究气堵现象的发生规律和机理。
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。
- 17 -第12期图1 导叶及挡筒的三维示意图新型轴流式气液分离器的模拟研究静玉晓1，薛振兴2，何利民3（1.中海油研究总院有限责任公司工程研究设计院， 北京 100028）（2.中国石油天然气管道工程有限公司上海分公司， 上海 200127）（3.中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院， 山东 青岛 266555）[摘 要] 海洋石油工业特别是天然气业的快速发展对气液分离技术提出了紧凑、高效、低耗的新要求，但目前的紧凑式气液分离器大多存在压降过大或结构复杂、运动部件易出故障等问题。
本文提出了一种新型轴流式旋流分离器，对其气相流场特征进行了模拟研究。
结果表明，在分离区设置挡筒使分离区径向压力梯度减小、轴向压力梯度增大，同时能够消除逆向流动、阻止气体出口处的漩涡反向扩散、增强流体旋转强度，有利于气液分离。
对比不同模型和网格的计算结果发现，误差在允许范围之内，可知本文的模拟方法与结果是可靠的，在分离器内设置挡筒是合理的，值得深入研究。
[关键词] 轴流；气液分离；挡筒；数值模拟作者简介：静玉晓（1985—），男，山东临邑人，硕士研究生，高级工程师。
中海油研究总院有限责任公司工程研究设计院油气工艺工程师，主要从事海洋石油工艺设计工作。
天然气从采出至消费的过程中，经常出现液态水和重烃，这会减少管道的流通面积，降低管道的有效输送能力，增加管路压降，甚至形成水合物，严重时堵塞管道；在酸性气体集输管路中还会造成管道的腐蚀破坏，采用气液分离设备是一种高效、简便的脱水、脱烃方法。
近年来，海洋油气田及海上平台的地域特殊性对油气集输中的气液分离技术和分离器提出了紧凑和高效的新要求，因此采用离心分离原理的紧凑式分离器成为首选。
但是最常见的水力旋流器、在线式旋转分离器等紧凑式分离器大多存在气体溢流现象，且面临压降过大或结构复杂、运动部件易出故障等难题[1-3]。
本文提出一种具有内部挡筒的新型轴流式气液分离器，并采用流体力学计算软件Fluent 对其气相流场特征进行模拟研究，分析增加挡筒对流场的影响规律，探讨新型结构的合理性。
[6]申铁龙.机器人鲁棒控制基础[M].北京:清华大学出版社,1999.[7]Chen B S,Lee C H,Chang Y C.H]T racking De-sign o f U ncer tain N onlinear SISO Systems:A da p-tiv e Fuzzy A ppro ach[J].IEEE T r ansactio ns onFuzzy Systems,1996,4(1):32O43.[8]Chang Y C.Adaptive Fuzzy-based T racking Con-tro l for No nlinear SISO Systems via VSS and H]A ppr oaches[J].IEEE T ransact ions o n F uzzy Sys-tem,2001,9(2):278O292[9]谢明江,代颖,施颂椒.基于非线性H(状态反馈的机器人鲁棒控制[J].机器人,2001,23(2):161O165.[10]张友旺,桂卫华.基于自适应模糊神经网络的摩擦力分部补偿算法[J].控制与决策,2005,20(3):356O360.[11]A nder so n B D O,M o ore J B.Optimal Contro l:Linear Quadratic M ethods[M].Englewo od Cliffs,N J:Prentice H all,1990.[12]张友旺,钟向明,黄元峰.电液位置伺服系统的自适应模糊神经网络控制[J].中国机械工程,2004,15(8):681O684.(编辑郭伟)作者简介:张友旺,男,1969年生。
中南大学机电工程学院副教授、博士。
研究方向为自适应模糊控制、神经网络控制、液压伺服系统等。
获国家科技进步二等奖1项,省部级科学技术一等奖3项。
已发表论文8篇。
桂卫华,男,1950年生。
中南大学信息科学与工程学院教授、博士研究生导师。
气液旋流分离技术的研究引言：旋流分离是一种高效的多相流体分离技术,它是在离心力的作用下根据两相或多相之间的密度差来实现两相或多相分离的。
人们对旋流器的研究由来以久,自从1886年Marse的第一台旋粉圆锥形旋风分离器问世以来,旋流分离技术已广泛应用于石油、化工、食品、造纸等行业。
随着旋流器应用的日益广泛,国内外众多学者对旋流器的结构、尺寸、流场特性进行了大量的研究,并相继提出了各种分离理论,但多集中于气-固分离的旋风分离器和用于液-固、液-液分离的水力旋流分离器。
许多研究者已相继提出各种各样的分离理论,已经有了比较完善的分离理论、设计方法和应用实践。
由于具有广阔的使用前景和显著的优点,人们对气-液旋流分离技术也开展了大量的实验和理论研究。
但与气-固、液-固分离不同,气-液两相流动过程中颗粒(液滴或气泡)的碰撞、团聚和扩散机理更加复杂,由于不确定的因素较多,计算复杂,同时受气-液两相流发展的限制,使气-液旋流分离的研究远滞后于旋风分离器和水力旋流器。
近年来气-液旋流分离技术已日益成为国内外争相研究的热点技术。
目前,国内外对于气-液旋流分离的研究主要可分为4类,即:气-液旋流分离技术应用的试验研究、旋流分离器内部气-液两相三维强旋湍流流场测定的试验研究、建立能准确反映气-液两相旋流分离机理模型的理论研究以及气-液两相旋流流场计算流体动力学(Computational Fluid Dynamic,简称CFD)模拟。
1气-液旋流分离技术应用试验研究由于受气-液两相流体力学发展的限制,对于气-液旋流分离技术,以前进行的大部分工作都是基于应用和试验研究。
即根据不同的要求开发研制不同结构的气-液旋流分离器,并对其分离特性进行试验测量和性能分析。
其类型主要介绍如下。
1.1管柱式气-液旋流分离器(Gas-Liquid Cylindrical Cyclone简写GLCC)1979年,Davies和Watson研制了管柱式气-液旋流分离器,是由垂直的筒形容器,安装了一个向下倾斜27°的切向进口管,上部出气管,下部排液管。
2018年第46卷第5期石油机械CHINA PETROLEUM MACHINERY—99 —◄油气田开发工程►轴流式旋流油水分离器分离性能影响研究王胜1王伟2史仕荧3田辉4吴应湘3(1.中海油能源发展股份有限公司钻采工程研究所2.长庆油田分公司第五采油厂3.中国科学院力学研究所4.中国石油管道局工程有限公司珠海分公司）摘要：轴流式旋流油水分离器具有结构紧凑和性能稳定等优点。
为了得到各参数对其分离性 能影响的规律，利用数值试验方法对影响其性能的因素进行了较为系统的分析研究。
研究结果表 明：长径比在9左右，出水口切向开设较优，油相密度在950 kg/m3以内、油相平均粒径大于0.10 m m时，分离器分离性能较优，而出水筒大小对分离器分离性能影响不大。
切向开设的出水口既能节省径向空间，又能够降低油水分离后的水中含油体积分数，在设计井下油水分离器时,出水管与外筒相切开设，相切的方向与螺旋流动的旋向一致。
上述各参数对分离性能影响的大小 排列为：油相粒径>油相密度>长径比>出水口开设方式>出水筒直径大小。
研究结果可为油水分离 器的设计及应用提供指导。
关键词：轴流式旋流器；井下油水分离；结构参数；物性参数；油水分离性能中图分类号：TE868 文献标识码：A d o i:10. 16082/ ki.issn. 1001-4578.2018.05.017Study on Separation Performance of Axial-flowHydrocyclone Oil-water SeparatorWa n g Sheng1Wa n g Wei2Shi Shiying3Tian Hui4W u Yingxiang3(1. Research Institute o f Drilling and Production Engineering, CNOOC Energy Technology & Services Limited*,2.No.5 Oil Production Plant o f PetroChina Chongqing Oilfield Company;3.Institute o f M echanics f Chinese Academy o f S ciences;4.Zhuhai Company o f China Petroleum Pipeline Engineering Co. , Ltd.)Abstract ：Axial-flow hydrocyclone oil-water separator has the advantages of compact structure and stable performance. To understand the influence of each parameter on i t s separation performance, a systematic study on the parameters i s conducted using numerical t e s t method. The results show that the optimal structure i s a length-diamet e r r ati o of about 9 and a tangential opening of the water o u t l e t.The o i l phase density of less than 950 kg/m3 and the o i l phase average particle size of over 0. 10 m m will lead to a better separation performance. The dimension of the water removal cartridge has l i t t l e effect on separation performance. The effect of the above parameters on the separation performance i s ranked as follows： o i l phase particle size>o i l phase density>length-diameter ratio>water outlet opening pattern>water removal cartridge diameter. The results of the study can provide guidance for the design of the separator.Keywords ：axial-flow hydrocyclone；downhole oil-water separation；structural parameters； physical properties; separation performance采濒临经济开采极限。
