气-液柱状旋流式分离器控制策略综述

随着气-液柱状旋流式分离器(GLCC)的广泛应用,对其分离效果的要求也越来越高。通过在GLCC分离装置中引入控制系统,可以减小内部液位压力的波动,从而保证良好的气液分离效果。控制系统的优劣决定了气液分离效果的好坏,进而影响整个计量系统的性能。总结了用于GLCC的多种控制策略,并对未来控制策略的研究和应用进行了展望。

级联式气-液旋流分离器流动特性数值研究

为探究级联式气-液旋流分离器流场特性,了解短路流这一特殊流型对其性能影响,采用雷诺应力模型和离散颗粒模型对气、液两相流动特征进行数值模拟,通过Q准则对涡流特征进行识别。研究结果表明,级联式气-液旋流分离器一级旋流管内流动特性与传统旋流分离器相似,增加二级旋流管使级联式气-液旋流分离器内形成了大量的局部二次涡流。当入口气速为7 m/s时,级联式气-液旋流分离器中一级旋流区内短路流流量高达入口流量的70.28%;增设二级旋流管对改善分离器性能具有重要作用,两级分离后级联式气-液旋流分离器对直径6μm以上的液滴能够实现完全分离。本研究为气-液旋流分离器的结构开发和级联式气-液旋流分离器的应用提供了思路和基础数据。

利用物理与数值模型对旋流式水砂分离器性能的评估

在市政环境工程领域,旋流式水砂分离器(以下简称分离器)主要用于控制雨水排放过程中的总悬浮固体(TSS)浓度,以减轻排放对自然水体潜在的负面影响.为此研究一种特殊设计的分离器,其主要特征为入口与出口切向连接产生旋流,可增强颗粒的沉降和分离.利用实验模型和数值模拟对该分离器效能进行综合分析,探究其在不同流量条件下对不同粒径颗粒物的去除率,以及分离器尺寸大小对颗粒物去除率的影响.结果表明:在流量为5 L·s^(-1)以上时,对粒径小于200μm的颗粒物,去除率下降显著;对粒径大于200μm的颗粒物,由于其受水流作用较弱,沉降速度较快,去除率相对较高.此外,流量的增加导致流速增大,水停留时间缩短,进而降低了颗粒物的去除率.研究发现,当分离器直径增大至原设计的1.5倍时,颗粒物的去除率最大可提升28%.同时,引入Péclet数评估方法,作为衡量颗粒物去除率的关键指标.该研究结果可为分离器的设计和优化提供参考,有助于提高分离器在实际应用中的性能.

井下离心旋流式高效油气分离器性能模拟试验

现有井下油气分离器效率较低,已不能满足高油气比油井的生产需要,为了解决高含气井中井下多相混抽泵或电潜泵的使用与效率低等问题,开展了井下离心旋流式高效油气分离器的研究。该分离器采用2级串联结构,以水力旋流器为第1级;以对结构进行了优化改造的离心旋转式分离器为第2级。通过试制样机的室内模拟试验,验证了新设计的井下离心旋流式高效油气分离器的分离效率,总分离效率可达95%以上,其对含气体积分数的适应范围由原分离器的0～36%提高到0～50%,能够满足较高含气井井下油气分离的要求。

旋流式气液分离器压降计算模型的应用探讨

分析制冷系统中几种常用的旋流式气液分离器压降模型的计算方法,并对旋流分离器的升气管压降计算模型进行了计算对比。分析发现:对于一个光滑器壁的旋流分离器在低入口浓度下的压降,使用简单的经验压降模型是足够的;但旋流分离器器壁粗糙时,则使用Barth模型和Muschelknautz模型更合适;而Stairmand模型对摩擦系数的计算较为精确。

新型柱式气液旋流分离器数值计算

应用CFD技术对新型柱式气-液旋流分离器内气、液2相的分离过程进行了数值计算。结果表明:气、液2相介质由斜切入口进入柱式旋流器后,在离心力、重力和浮力的共同作用下呈螺旋运动,并迅速发生分层和分离;在旋流器的轴平面上,密度场、气相和液相的体积分数分布都存在一个"U"形过渡区;该分离器能有效脱除天然气中的液相成分。

柱式气液旋流分离器结构优化的数值模拟研究

伴随着油田的进一步开采,井内的气液有效分离变得越来越重要。柱式气液旋流分离器由于结构简单和制作成本低而在油田很受欢迎。一个典型气液旋流分离器被用于数值模拟计算。基于混合物模型下的三维湍流模型被用来描述分离器内混合物流动情况。通过数值模拟,分析了不同参数下(分离器长度、出口直径等)的气液分离效率。随着分离器长度增加,气液分离效率降低;随着出口直径的增大,气液分离效率先提高后降低。矩形入口形状比圆形入口形状更适合旋流分离器,气液分离效率从66.45%提高到79.04%。最后,最佳几何结构被提出,在最佳结构下气液分离效率为86.15%。

多管直流式旋流分离器的性能实验与结构优化

为研究多管直流式旋流分离器的气液分离性能,对其在具有不同结构参数的导向叶片下进行了实验研究,考察了导向叶片类型、叶片出口角度和叶片数对压降和气液分离效率的影响。此外,对2种类型的导向叶片分离性能进行了对比分析。最后,在优选的导向叶片基础上探究了进气室抽气对分离效率的影响。实验结果表明:相对于叶片数,叶片出口角是影响分离器阻力特性的主要因素;在达到临界浓度之前,入口流量越大、叶片出口角越小,分离效率随浓度的增加而增大;侧缝抽气在低含液浓度区域对不同类型的导向叶片分离效率均有利;利用不同结构参数和侧缝抽气之间的组合方式,得出基于入口流量和气体含液浓度的导向叶片选型图。

柱状旋流式气液分离器研究进展

基于国内外对柱状旋流式气液分离器的研究成果,对如何提高气液分离器的分离效率进行研究综述。系统阐述了气液分离器的作用及影响分离效率的因素,从结构改进、流场优化和增加辅助设备三个方面进行了总结。为制冷系统中设计和应用柱状旋流式气液分离器提供了基础资料。

基于相似分析和人工神经网络的管柱式气液旋流分离器压降预测模型

为了全面预测管柱式气液旋流分离器的分离性能,对其气液相流动现象进行相似分析,获得表征气液相流动的关键相似准数。在此基础上,结合大量试验数据,运用MATLAB神经网络工具箱,建立3层BP神经网络模型。通过输入表征结构参数、操作参数和液相物性参数的相似准数,模拟输出溢流压降。结果表明,将相似准数作为参数对神经网络进行训练可提高神经网络的泛化能力,其预测值与试验值吻合良好,平均误差小于15%。将相似理论与人工神经网络相结合是预测管柱式气液旋流分离器分离性能的有效方法。

小型柱式气液旋流分离器在海洋平台的应用前景分析

目前，海洋平台主要依靠常规容器式分离器来处理井口油气水，但经济性和操作压力条件不断要求其寻找新型高效、低成本的小型分离器。与容器式分离器相比，小型柱式气液旋流分离器（GLCC）具有结构简单、价格低廉、重量轻等特点，基本不需任何维护，而且易于安装及操作。本文详细介绍了GLCC技术的发展现状及其在海洋平台的应用前景，并提出了今后的发展方向。

海上井下轴入式旋流油水分离器入口结构优化及应用

轴入式旋流油水分离器经过现场检验是一种性能稳定可靠的井下分离器,为了进一步提高其分离性能,利用室内实验对其入口结构进行了优化研究。研究结果表明,在同样的工况下,叶片角度小更有利于形成较大的切向速度,更有利于油水旋流分离,分离效率更高;当变化入口流速,叶片安装角度的影响呈现相同的规律;室内实验对比还发现,安装导流叶片的中心棒末端椭球体长细比的增大有利于形成更细的油核,研究结果为入口结构的优化奠定了基础,为其在井下油水分离中的应用提供了指导。

柱状旋流分离器内液滴运动轨迹的数值模拟

在不考虑相间相互作用的条件下,气相采用RNGk-ε湍流模型,液相采用随机轨道模型,对热气机排气系统中的气液分离器两相流动进行了数值模拟,揭示了气液分离器内的流动分布和液滴的运动轨迹及分离机理。计算结果表明:分离器内的速度场分布不均匀,并且靠近进出口的气流速度较大,柱体中心的气体切向速度很小;另外不同粒径的液滴运动轨迹差别很大,粒径大的液滴较容易分离;液滴入射的初始位置不同,其分离速度的差别较大,运动轨迹也明显不同。

一种新型组合式泥沙旋流分离装置研究

主要介绍一种新型的组合式泥沙旋流分离装置的设计方案及工作原理。以3500 m3耙吸挖泥船为例,选取了旋流分离装置的尺寸进行了数值模拟,得到旋流装置内部流场的情况,证实了组合式泥沙旋流分离器进行固液分离的可行性,为进一步的研究提供了理论依据。

直流式气液旋流分离器高效数值求解算法

为了克服直流式气液旋流分离器数值计算过程中收敛速度较慢、健壮性较差的问题,急需引入高效稳定的数值求解算法。首先建立了直流式气液旋流分离器的物理数学模型,然后分别采用SIMPLE、SIMPLEC和IDEAL 3种压力速度耦合算法对旋流器进行数值求解,比较了3种算法的计算效率和健壮性。数值计算结果表明:在不同网格数量、入口速度和湍流模型下,IDEAL算法的收敛性和健壮性均优于传统的SIMPLE和SIMPLEC算法,因此建议在旋流器数值计算中采用高效稳定的IDEAL算法。研究结果为后续旋流器内气液两相复杂流动特性的研究及分离性能的预测奠定了基础。

气动系统横管式导流旋流分离器的阻力研究

设计了一种新型的导流旋流叶轮,对其进行实验研究与理论分析,获得最佳结构参数,进而设计了一种用于矿山气动系统的横管式导流旋流分离器,实验测试该分离器具有阻力小,分离效率高的特点,显著提高气动设备的可靠性。

万吨片碱分离装置性能研究

分离器是万吨质量分数72%片碱生产系统中重要设备之一,采用数值模拟方法研究分离器的压力分布,分析了旋流板式分离器内部的三维二相流场,气相采用RNG湍流模型,液相采用离散相模型,选择SIMPLE算法进行计算,讨论了不同入口气速对旋流板式分离器性能的影响。计算结果表明:在入口气速为3—13 m/s时,旋流板式分离器的分离压降随着入口气速的增加而增大,质量分数72%片碱生产中需要优化旋流板式分离器的入口气流速度来降低分离压降。

旋流板式气液分离器减阻杆实验研究

实验研究了不同条件下减阻杆对分离器分离效率及压降的影响。研究结果表明,在旋流板式气液分离器内安装减阻杆可以在不减小分离效率的前提下降低阻力,减阻幅度的大小与减阻杆的轴向长度、径向位置和分离器内的空速有关;减阻杆对于分离效率的影响在实验范围内很小。研究结果可为分离器的优化设计提供建设性指导。

基于管柱式气液旋流分离器的井口多管束分离装置结构优化

单井计量是油田开发过程中的一项重要工作,而气液分离效果直接影响到计量结果的准确性.管柱式气液旋流分离器(GLCC)因体积小、效率高、适用范围宽而被广泛应用,但基于GLCC发展多级一体化分离装置一直被受到关注.考虑一级分离入口斜管倾角、一级分离入口形状、气相分离弯管仰角及二级分离管束规格,采用多相流Mixture模型和雷诺应力RSM模型,对基于GLCC的井口多管束分离装置结构形式进行了优化,并定量揭示了不同结构形式下的气液分离效率.结果表明,在经过GLCC一级旋流分离后,进入多管束二级分离单元,能够进一步改善气液分离效果,提高气液分离效率,但两级分离单元的结构特征均对分离性能具有显著影响,优化GLCC一级旋流分离入口斜管的倾角为30°,入口形状为圆形,相应可获得稳定的压力分布、较为均匀的流场迹线和更高的气液分离效率,优化气相分离弯管的仰角为35°、二级分离细管束数量与管径分别为6支和40mm,可使对应分离压降在3kPa,气液分离效率接近70%.

轴入式旋流油水分离器的分水结构优化研究

轴入式旋流油水分离器经过现场检验是一种性能稳定可靠的井下分离器,为了进一步提高其分离性能,本文利用室内实验和计算流体力学方法对其分水结构进行了进一步优化。研究结果表明,将切向开孔分水改进为切向设置出水管后,在同样的工况下,切向出水管的分水方式对旋流场的影响小、油水分离效率更高;通过室内实验对比发现,优化分水结构后的旋流油水分离器性能更稳定、分离效率更高,且对于变化的入口含水率,分离性能均很好,研究结果为我国大处理量井下油水分离提供了指导。