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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。
![气-液分离器设计[1]](https://img.taocdn.com/s1/m/56d98adf49649b6648d7476e.png)
标准T/ES220020-2005中国石化集团宁波工程有限公司气—液分离器设计2005-04-15 发布 2005-05-01 实施中国石化宁波工程有限公司目次1 总则1.1 目的1.2 范围1.3 编制本标准的依据2 立式和卧式重力分离器设计2.1应用范围2.2 立式重力分离器的尺寸设计2.3 卧式重力分离器的尺寸设计2.4 立式分离器（重力式）计算举例2.5附图3 立式和卧式丝网分离器设计3.1 应用范围 3.2 立式丝网分离器的尺寸设计3.3 卧式丝网分离器的尺寸设计3.4 计算举例3.5 附图4 符号说明1 总则 1.1 目的本标准适用于工艺设计人员对两种类型的气—液分离器设计，即立式、卧式重力分离器设计和立式、卧式丝网分离器设计。
并在填写石油化工装置的气—液分离器数据表时使用。
1.2 范围本标准适用于国内所有化工和石油化工装置中的气－液分离器的工程设计。
1.3 编制本标准的依据：化学工程学会《工艺系统工程设计技术规定》HG/T20570.8-1995第8篇气—液分离器设计。
2 立式和卧式重力分离器设计 2.1 应用范围2.1.1 重力分离器适用于分离液滴直径大于200μm 的气液分离。
2.1.2 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。
2.1.3 液体量较多，在高液面和低液面间的停留时间在6～9min ，应采用卧式重力分离器。
2.1.4 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。
2.2 立式重力分离器的尺寸设计 2.2.1 分离器内的气速 2.2.1.1 近似估算法5.0ρρρ=GG L st K V (2.2.1—1)式中V t ——浮动（沉降）流速，m/s ；ρL 、ρG ——液体密度和气体密度，kg/m 3； K S ——系数d *=200μm 时，K S =0.0512； d *=350μm 时，K S =0.0675。
内旋流筛孔柱状气液计量分离器实验研究
杨桂云;梁法春;王金龙;于皓
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2014(014)013
【摘要】设计了一种内旋流筛孔柱状气液计量分离器,并通过实验研究入口流型与气、液折算速度对内旋流筛孔柱状气液计量分离器计量效果的影响.结果表明,气相质量流量在0 ～0.05 kg/s,液相质量流量在0～0.60 kg/s范围内,气相与液相分离效率不受流型或气、液折算速度的影响,分离器能够适应不同流型的分离要求.在分离器处理能力内,气相分离相对误差为2.5％,液相分离误差为3.0％.内旋流筛孔柱状气液计量分离器有较好的分离计量效果,为气液混合流量计量提供良好参考.【总页数】4页(P45-48)
【作者】杨桂云;梁法春;王金龙;于皓
【作者单位】中国石油大学(华东)储建学院,青岛266580;中国石油大学(华东)储建学院,青岛266580;中国石油大学(华东)储建学院,青岛266580;中国石油大学(华东)储建学院,青岛266580
【正文语种】中文
【中图分类】TE645
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1.柱状旋流分离器内液滴运动轨迹的数值模拟 [J], 蒋维伟;董克用
2.柱状气液分离器长径比优选及实验研究 [J], 赵立新;宋民航;蒋明虎;李洪臻
3.柱状气液旋流分离器的研究现状及应用前景 [J], 寇杰
4.小型柱状气液旋流分离器的技术发展现状 [J], 赵立新;蒋明虎
5.气液固三相旋流分离器内锥结构的数值模拟研究 [J], 吴允苗;李丽娅
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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。
柱状螺旋导叶旋流分离器分离特性数值模拟纪国庆【摘要】针对深水生产油气海底混相输送的局限性,设计了柱状螺旋导叶旋流气液分离器,采用RNG k-ε湍流模型与mixture多相流模型对分离器流场及相分布进行了模拟分析,考察了螺距、螺旋圈数等结构参数对相分布及静压分布的影响.结果表明:螺旋通道可以保证油气混相在流动过程中形成明显的气液分离界面,溢流孔有助于分离的气相及时从集气管中排出;螺距的大小是控制旋流强度的关键参数,螺距越小,旋流场越强,相应的能耗也越大;螺旋圈数的增多有利于气液两相充分进行旋流分离;所设计分离器在较大的气液比范围内都具有较好的分离效果.【期刊名称】《承德石油高等专科学校学报》【年(卷),期】2017(019)006【总页数】6页(P29-34)【关键词】海底分离;旋流器;数值模拟;相分布【作者】纪国庆【作者单位】中国石化胜利建设工程有限公司,山东东营 257000【正文语种】中文【中图分类】TQ051.8深水生产油气混合物的流动安全保障问题是油气勘探开发中一个亟待解决的关键问题。
油气混相输送，一方面，液相在管线低洼处积聚，容易在立管位置形成严重段塞流，引起管线的压力和流量波动；在深海低温环境下形成水合物，造成管道堵塞和设备损坏。
另一方面，油气混相输送会导致深水立管举升能量消耗加大，增大井口背压，造成油气藏能量的巨大浪费，降低采收率。
在海底进行油气分离并采用单相输送，则可以有效避免上述问题，国外科研机构已经开展了深海气液分离器的开发，以Total公司的Pazflor海底气液分离系统[1-3]、Aker Kvaerner公司的DeepBoosteTM系统[4]、Parque das Conchas和Perdido深水油田的沉箱分离与增压系统[5-7]以及Twister BV超音速气液分离器[8-9]为代表，进行了大量的试验及理论研究，使得在海底进行油气分离具有非常大的可能性和发展前景。
专利名称：一种螺旋式气液分离器
专利类型：发明专利
发明人：赵富龙,周娅,何宇豪,赵佳音,谭思超,黄笛,卢瑞博,余霖
申请号：CN201910976009.9
申请日：20191015
公开号：CN110743252A
公开日：
20200204
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种螺旋式气液分离器，包括柱状的筒体，筒体的上、下端面上设有流体出口、流体入口，沿筒体内圆周的切向设置有螺旋流道，螺旋流道自流体入口贯通延伸至流体出口，螺旋流道包括外轮廓和内轮廓，沿流道延伸方向外轮廓与筒体的外圆周壁具有平行边形式，内轮廓与外轮廓同轴并逐渐向外轮廓靠近；筒体底部套设有汇水槽，汇水槽上布设有疏水管；与外轮廓相切的筒体1侧壁上间隔布设有多级液相引出孔，对应地，筒体1外沿径向自内而外逐层套设有多重导流罩，使形成沿径向自内而外逐层套设的多级导流腔，每一导流腔的上端封闭、下端敞口并从液相引出孔延伸至汇水槽的上液面。
该螺旋式气液分离器结构简单、设计合理、运行可靠、且分离效率高。
申请人：哈尔滨工程大学
地址：150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室国籍：CN
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本文从研究旋流分离理论出发，阐述了二相流分离器的设计基础，并根据自己设计经验，提出了提高二相流分离器效率的结构性设计措施，供从事水力旋流器、旋风除尘器的工程技术人员在设计过程中参考。
１旋流概述１．１旋流形成条件流体质点一方面沿轴线向前移动，同时，又绕该轴旋转运动便称之为旋流运动。
这种运动由涡流和轴向流叠加而成，具体包括自由涡和强制涡。
其产生条件主要包括以下三个条件：（１）流体不是理想流体；（２）作用在流体上的力中有无势的质量力；（３）流体是非正压性流体。
在这三种情况下流体中运动中才能形成旋流。
１．２旋流分离原理旋流分离的原理为：气流以一定的速度由进气口进入分离器时，由直线运动转化为圆周运动，旋转的气流绝大部分沿器壁自筒体呈螺旋形向下朝锥体流动形成外旋流，气流在旋转过程中产生离心力，将密度较大的介质甩向筒壁，一旦与筒壁接触便失去惯性力，并依靠入口气流速度产生的动量和向下分离介质自身的重力共同作用，推动被分离颗粒沿壁面下落，进入排尘口（排液口）分离出去，当旋转下降的外旋流在到达锥体时，因圆锥体的收缩面向分离器的中心靠拢。
根据旋转矩不变定理，其切向速度不断提高，当到达锥体某一截面时，即以同样的旋转方向从分离器的中部由下反转而上继续做螺旋方向流动，形成内旋流，最后被净化后的气流由溢流管２排出旋流器外，即达到了分离的目的。
具体见旋流分离原理图１。
１．３旋流器的特点（１）结构简单，设备本身无运动件，不需特殊的附属设备，安装占用空间小。
（２）操作、维护方便，流阻适中、节能、修理费用低。
（３）操作弹性较大，性能稳定，不受温度、浓度的限制。
２影响气－液分离器性能指标的因素气－液分离器是根据旋流分离理论进行设计的，具体结构主要包括旋流器、介质进口、分离后气体的出口（溢流管）、排液口等。
该类产品的关键性指标主要包括流阻及分离效率，因此，在产品设计时，尽可能的降低产品的流阻，提高产品的分离效率作为设计的关键。
２．１流阻分析流阻是气－液分离器的重要技术指标，流阻的产生由几种原因，其中最主要的是旋流器内流体旋转时产生的离心力，流体具有粘性，又在旋转，因而旋流分离理论在气－液分离器设计中的应用宋杰（新航集团设计一所，河南新乡４５３０４９）摘要：从研究旋流器分离理论出发，阐明了影响二相流分离设备性能指标的几个关键因素，提出二相分离器结构设计措施，从而为气液、气固分离器设计提供了重要的理论基础，使二相流分离器的效率得到提高。
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。
欠平衡钻井技术最初是从美国得克萨斯州发展起来的.80年代以来,由于研制成功了旋转防喷器及其它欠平衡钻井配套设备,欠平衡钻井技术得到了大规模推广应用,在实施过程中,工艺和设备又不断的完善和提高,目前已经成为一项比较成熟的技术.在加拿大,由于与普通钻井相比,欠平衡钻井有多方面的优越性,加上政府的鼓励政策,因此欠平衡钻井技术发展很快,1992年采用欠平衡钻井技术完成30口井,1993年达到120口,1994年和1995年分别完成230口和330口.我国开展欠平衡钻井的研究起步较晚,但近年来随着塔里木油田解放128井、轮古2井、轮古2-0井、轮古2-2井、轮古4井、轮古2-1C井,大港油田板深7、板深8等井采用欠平衡钻井技术取得良好的开发效果和勘探突破,引起了人们对这项技术的极大兴趣.新疆、中原、胜利等油田也取得了一定的经验.目前很多油田都把欠平衡钻井技术作为钻井、开发技术的一个方向.正在积极从装备和技术上做准备工作,争取用欠平衡钻井技术取得好的勘探和开发效果.另外一方面,国际钻井招标也越来越多地要求采用欠平衡钻井技术,也将促进我国欠平衡钻井技术的发展.在未来钻井技术发展中,欠平衡钻井技术将同水平井、分枝井、连续油管钻井等技术一样,成为一种趋势.美国能源部和Maurer工程公司共同发展的一项调查表明，到2005年，美国国内采用欠平衡钻井技术完成的钻井数量将占到总钻井数量的30%，而且比较乐观的预测则是37%。
随着信息、装备的不断完善和市场的不断推动，我国欠平衡钻井的数量也将稳步攀升。
在钻井过程中，实现对油气层的充分暴露和保护，有利于发现油七层和增加油井产量，欠平衡钻井所具有的一些优势较好地适应了这种需要。
同时欠平衡钻井与常规过平衡钻井相比，其具有的优点优点有：（1）可以减轻或消除钻井液对地层的危害；（2）良好的地层显示，有利于达到勘探目的；（3）增加了防喷能力，降低了井喷失控的风险；（4）可以大幅度地提高钻速；（5）可以降低井漏风险，节约钻井成本；（6）可以减少压差卡井风险；（7）可以钻井过程中生产油气；（8）可以对地层进行较为准确的评价。
在欠平衡钻井过程出于安全的考虑和钻井工艺的特殊要求，除了所用的地面常规地面装备像氮或压缩气供应装置、容积小且压力大的注液泵、液-气混合管汇、节流管汇、钻屑或钻井液取样器、化学剂注射泵、采油分离系统和自动燃烧气体系统等，还需要一些专业设备，主要有高压旋转分流器-防喷器系统、液流导向系统、地面分离系统、隔水管帽旋转防喷系统、实用隔水管装置、模拟软件、地面数据采集系统。
但是国内欠平衡钻井装备开发能力还很低,只有少数厂家可以生产专业装备,常规和关键设备几乎全部是依靠进口.近几年来,欠平衡钻井技术在国内得到了充分的推广,并且取得了良好的效果和显著的经济效益.然而,昂贵的欠平衡装备是制约着这项技术的障碍,欠平衡装备配套国产化是国内众多厂家关注的焦点.液气分离器是欠平衡装备配套中的一大关键设备,其作用是将井筒内循环出来的气体与液体分离,从而保持正常的钻井工作。
