油气分离器设计计算

迷宫式油气分离器的CFD分析王福志（长城汽车股份有限公司动力研究院，河北省保定市）摘要：本文利用CFD的方法计算了两种迷宫式油气分离器的分离效率，根据计算结果选择最优方案，为油气分离器的开发提供理论依据关键词：油气分离器，粒子直径，分离效率主要软件：A VL FIRE1 前言油气分离器的分离效率高低直接影响发动的进气含油量，高进气含油量导致燃烧室积碳严重，从而影响发动机的性能。

EB01项目为我公司近期开发的一款单增压缸内直喷汽油机，由于在整机布置中增压器离缸盖罩比较近，为了防止高温损坏，缸盖罩采用铝合金材质，集成的迷宫式油气分离器相对简单，分离效率不高，因此需要增设外置分离器。

本次计算是对缸盖罩内迷宫式分离器进行分离效率分析，两种迷宫式分离器方案，分别计算20L/min，30L/min，40L/min三种活塞漏气量下，不同油粒子直径在两种分离器中的分离效率。

经过计算，得出方案一分离的油粒子在40μm以上时达到设计要求，而方案二分离的油粒子在30μm以上时达到设计要求，因此方案二优于方案一。

2 计算方法与计算参数2.1 计算方法气液两相流的数值模拟包括气相场和气液间的相互干扰计算，相互间干扰即气液两相间的动量，能量，质量的交换过程，常见的算法可以分为欧拉-欧拉型算法和欧拉-拉格朗日算法，欧拉-欧拉型算法比较繁琐，并且计算成本很高，因此，本计算采用欧拉-拉格朗日算法，即对气相流场采用欧拉方法进行计算，而对液滴的运动则采用拉格朗日方法进行跟踪计算。

首先对不同方案的油气分离器进行稳态流场计算，之后根据稳态流场结果，将不同直径的油粒子引入流场中，计算不同直径粒子的运动轨迹，待粒子在流场中稳定后，统计计算逃逸的粒子质量，引入流场的粒子质量，这样我们就得出了油气分离器的效率。

2.2 计算参数根据发动机不同的负荷，选择20L/min，30L/min，40L/min三种活塞漏气量。

油粒子直径的大小对油气分离器的分离效果影响明显，研究文献表明，在重力作用下，当油气混合物的流速不是太快，大的油滴最终都会落到油气分离器的底部，油滴直径越小，其下落的时间就越长。

油气别离器的设计喷油螺杆压缩机中，在压缩气体的同时，大量的油被喷入压缩机的齿间容积。

这些油和被压缩气体形成的油气混合物，在经历相同的压缩过程后，被排到机组的油气别离器中。

油气别离器是喷油螺杆压缩机机组系统中的主要设备之一。

为了降低机组排气中的含油量和循环使用机组中的润滑油，必须利用油气别离器把润滑油有效地从气体中别离出来。

一、油气别离原理与方法1.油气混合物特性在由被压缩气体和润滑油形成的油气混合物中，润滑油以气相和液相两种形式存在。

处于气相的润滑油是由液相的润滑油蒸发所产生的，其数量的多少除取决于油气混合物的温度和压力外，还与润滑油的饱和蒸气压有关。

油气混合物的温度和压力愈高，那么气相的油愈多；饱和蒸气压愈低，那么气相的油愈少。

气相油的特性与其他气体类似，无法用机械方法予以别离，只能用化学方法去去除。

在一般的运行工况下，油气混合物中处于气相的润滑油很少。

一是因为在通常的排气温度下，混合物中润滑油蒸气的分压力很低；二是由于润滑油在从喷入到别离的时间很短，没有足够的时间到达气相和液相间的平衡状态。

处于液相的润滑油占了所有被喷入油中的绝大局部，但这种液相油滴的尺寸范围分布很广。

大局部油滴直径通常处在 1～50μm，少局部的油滴可小至与气体分子具有同样的数量级，仅有μm。

显然，大油滴和小油滴的性质会有较大的差异。

在重力作用下，只要油气混合物的流速不是太快，大的油滴最终都会落到油气别离器的底部。

油滴直径越小，其下落的时间就越长。

对于直径很小的润滑油微粒，却可以长时间悬浮在空气中，无法在自身重力的作用下，从气体中被别离出来。

油气别离器的作用，就是尽可能地把这局部油滴别离出来。

2.油气别离方法按别离机理的不同，喷油螺杆压缩机机组中采用两种不同的油气别离方法。

一种称为机械法，即碰撞法或旋风别离法，它是依靠油滴自身重力以及离心力的作用，从气体中别离直径较大的油滴。

实际测试说明，对于直径大于1μm 的油滴，都可采用机械法被有效地别离出来。

3．球形分离器规格和设计压力4．分离器设计依据资料根据油气分离器处理能力的影响因素及根据石油行业标准，在分离器的工艺设计前，首先应收集、计算和了解有关液体介质、气体介质资料和设计条件，用作为设计依据。

（1）液体介质资料A．原油处理量： m3/d；B．原油密度： kg/m3；C．原油含水量： % （质量比）D．水密度： kg/m3；E．原油发泡程度：（有、无）；F．操作条件下原油动力粘度： Pa.s；G．操作条件下水的动力粘度： Pa.s；S： mg/L；H．水中含H2： mg/L；I．水中含CO2J．水中含氧量： mg/L；K．是否有断塞流：（有、无）；L．原油含蜡量： % （质量比）；M．原油含砂量： % （体积比）；（2）气体介质资料A．气体处理量： m3/d；B．标准状态下气体密度： kg/m3；C．操作条件下气体动力粘度： Pa.s；含量： %（体积比）；D．气体中CO2S含量： %（体积比）；E．气体中H2（3）设计条件A．操作温度：℃；B．操作压力： MPa；C．分离器型式：（立式、卧式、球形）；D ．分离器功能：（两相、三相） ；E ．分离后允许原油含水量： %（质量比）；F ．水中含油量： mg/L ；G ．缓冲时间： min ；H ．分离后气体带液量是否需要检测： （需、不）； I ．分离器是否设有排液泵： （设、不）； J ．控制仪表类型： （电动或气动）。

5．分离器工艺计算步骤分离器工作时应同时满足从气体中分出油滴和从原油中分出气泡的要求，对缓冲分离器尚需满足缓冲时间的要求。

因此，计算和选择油气分离器时，应对照下述步骤进行。

根据油气平衡计算中所确定的气液处理量、物性、分离压力、分离温度等基础资料，并参照现场具体情况选择分离器的类型。

（1）根据油气平衡计算中所确定的气液处理量、物性、分离压力、分离温度等基础资料，并参照现场具体情况选择分离器的类型。

（2）按照从原油中分出气体的要求，由原油性质和操作经验确定原油在分离器内的停留时间，对缓冲分离器尚需考虑缓冲时间，据此初步确定分离器尺寸。

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。

油气集输工程设计重力分离器的计算公式3基本规定3.0.1油气集输工程设计应依据批准的油田开发方案和设计委托书或设计合同规定的内容、范围和要求进行。

3.0.2油气集输工程设计应与油藏工程、钻井工程、采油工程紧密结合，根据油田开发分阶段的具体要求，统一论证，综合优化，总体规划，分期实施。

3.0.3油气集输工程总体布局应根据油田开发方式、生产井分布及自然条件等情况，并应统筹考虑注入、采出水处理、给排水及消防、供配电、通信、道路等公用工程，经技术经济分析确定。

各种管道、电力线、通信线等宜与道路平行敷设，形成线路走廊带。

3.0.4油气集输工艺流程应根据油藏工程和采油工程方案、油气物理性质及化学组成、产品方案、地面自然条件等，通过技术经济分析确定，并应符合下列规定：1工艺流程宜密闭；2应充分收集与利用油井产出物，生产符合产品标准的原油、天然气、液化石油气、稳定轻烃等产品；3应合理利用油井流体的压力能，适当提高集输系统压力，优化设计集输半径，减少油气中间接转，降低集输能耗；4应合理利用热能，做好设备和管道保温，降低油气处理和输送温度，减少热耗；5应结合实际情况简化工艺流程，选用高效设备。

3.0.5油气集输工程分期建设的规模，应根据开发方案提供的不低于10年的开发指标预测资料确定，工程适应期不宜少于10年。

相关设施在按所确定规模统筹考虑的基础上，可根据具体情况分阶段配置。

3.0.6实施滚动勘探开发的油田，工程分期和设备配置应兼顾近期和远期的需求，早期生产系统应先建设简易设施再酌情完善配套。

3.0.7沙漠、戈壁地区油气集输工程设计应适合沙漠、戈壁地区恶劣的环境条件，站场、线路等的设计应采取有效的防沙措施。

应充分利用沙漠地区的太阳能、风力等天然资源，并进行综合规划、有效利用。

3.0.8滩海陆采油田的开发建设应充分依托陆上油田已有设施，简化滩海陆采平台油气生产及配套设施。

3.0.9低渗透低产油田的开发建设，应简化地面设施，采用短流程、小装置，降低工程投资。

油气集输课程设计——分离器设计计算（两相及旋风式）重庆科技学院《油气集输工程》课程设计报告学院:石油与天然气工程学院专业班级:学生姓名:学号:设计地点（单位）重庆科技学院石油科技大楼设计题目:某低温集气站的工艺设计——分离器设计计算（两相及旋风式）完成日期: 年月日指导教师评语:成绩（五级记分制）:指导教师（签字）:摘要天然气是清洁、高效、方便的能源。

天然气按在地下存在的相态可分为游离态、溶解态、吸附态和固态水合物。

只有游离态的天然气经聚集形成天然气藏，才可开发利用。

它的使用在发展世界经济和提高环境质量中起着重要作用。

因此，天然气在国民经济中占据重要地位。

天然气也同原油一样埋藏在地下封闭的地质构造之中，有些和原油储藏在同一层位，有些单独存在。

对于和原油储藏在同一层位的天然气，会伴随原油一起开采出来。

天然气分别通过开采、处理、集输、配气等工艺输送到用户，每一环节都是不可或缺的一部分。

天然气是从气井采出时均含有液体（水和液烃）和固体物质。

这将对集输管线和设备产生了极大的磨蚀危害，且可能堵塞管道和仪表管线及设备等，因而影响集输系统的运行。

气田集输的目的就是收集天然气和用机械方法尽可能除去天然气中所罕有的液体和固体物质。

本文主要讲述天然气的集输工艺中的低温集输工艺中的分离器的工艺计算。

本次课程设计我们组的课程任务是——某低温集气站的工艺设计。

每一组中又分为了若干个小组，我所在小组的任务是——低温集气站分离器计算。

在设计之前要查低温两相分离器设计的相应规范，以及注意事项，通过给的数据资料，确定在设计过程中需要使用公式，查询图表。

然后计算出天然气、液烃的密度，天然气的温度、压缩因子、粘度、阻力系数、颗粒沉降速度，卧式、立式两相分离器的直径，进出管口直径，以及高度和长度。

把设计的结果与同组的其他设备连接起来，组成一个完整的工艺流程。

关键字：低温立式分离器压缩因子目录摘要 (1)1.设计说明书 (4)1.1 概述 (4)1.1.1 设计任务 (4)1.1.2 设计内容及要求 (4)1.1.3 设计依据以及遵循的主要规范和标准 (4)1.2 工艺设计说明 (4)1.2.1 工艺方法选择 (4)1.2.2 课题总工艺流程简介 (5)2.计算说明书 (5)2.1 设计的基本参数 (5)2.2 需要计算的参数 (5)3.立式两相分离器的工艺设计 (6)3.1 天然气的相对分子质量 (6)3.2 天然气的相对密度 (6)3.3 压缩因子的计算 (6)3.4 天然气流量的计算 (9)3.5液滴沉降速度 (10)3.5.1天然气密度的计算 (10)3.5.2临界温度、压力的计算 (11)3.5.3天然气粘度的计算 (11)3.5.4 天然气沉降速度的计算 (13)3.6 立式两相分离器的计算 (14)3.6.1 立式两相分离器直径的计算 (14)3.6.2 立式两相分离器高度的计算 (15)3.6.3 立式两相分离器进出口直径的计算 (15)3.7 管径确定 (16)3.8 壁厚的确定 (16)3.9 丝网捕雾器 (17)3.10 设备选型 (17)4.旋风分离器的工艺设计 (18)4.1.1根据进、出口速度检验K值及最后结果 (19)4.2 压力降的计算 (21)结论 (23)参考文献 (24)1 设计说明书遵循设计任务的要求，完成某低温集气站的工艺设计——分离器计算（两相及旋风）。

分离器计算根据《油气集输设计规范》P29卧式重力分离器直径D 按照下式进行计算0423310350.0Pw K K TZq K D v -⨯=式中： q v —标准参比条件下气体流量，m 3/h (P 0=0.101325MPa T 0=293K 条件下)；2K —气体空间占有的面积分率，2K 取0.53K —气体空间占有的高度分率，3K 取0.54K —分离器长径比，K 4=L/D ；P ≤1.8MPa 时：K 4=3.0;1.8＜P ≤3.5MPa 时：K 4=4.0;P ＞3.5MPa 时：K 4=5.0Z —气体压缩系数（压缩因子）；T —操作温度，K ；P —操作压力（绝压），MPa ；D —分离器内径，m ；W 0—液滴沉降速度，（m/s ）；液滴直径68010m L d -=⨯；重力加速度2/8.9s m g = 4 4.0K =在操作条件下，由HYSYS 软件得知，压缩因子Z=0.9140气体的密度327.51/g kg m ρ=液体的密度3846.7/L kg m ρ=气体粘度51.22110Pa g μ-=⨯⋅标况下（P=101.325KPa,T=293K ），气体流量43q 1.33910/v m h =⨯处理装置考虑120%的弹性范围，气体流量43q 1.606810/v m h =⨯ 根据《油气集输设计规范》SY/T0010-96 第29页6.2.6-1式()f gd wg g L L ρρρ340-=0w -液滴在分离器中的沉降速度，m/s;L d -液滴直径，取60⨯10-6 ~100⨯10-6 mL ρ-液体的密度，3/kg mg ρ-气体在操作条件下的密度，3/kg mf-阻力系数，用下式计算阻力系数()()()()()63222549.88010846.727.5127.514Re 1011.297633 1.22110L L g gg gd f ρρρμ--⨯⨯⨯⨯-⨯-⋅===⨯⨯式中： Re —流体相对运动的雷诺数；μg —气体在操作条件下的粘度，Pa ·S得出2(Re )f 再查油气集输设计规范附录B 可得f 值,即 2.49f = ()()-660449.88010846.727.510.11183327.51 2.2L L g g gd w f ρρρ--⨯⨯⨯⨯-===⨯⨯m/s 分离器直径4-333v 2400.5 1.339103030.91400.350100.350100.50000.54 3.50.1296K q TZ D m K K Pw -⨯⨯⨯⨯=⨯=⨯⨯=⨯⨯⨯分离器长 40.50004 2.000L D K m =⨯=⨯=。