基于CFD的离心式气-液分离器结构设计及仿真优化

运用CFD技术优化设计了一种新型离心式气-液分离器,以去除气侵钻井液中的小气泡。通过CFD模拟,研究分析了该分离器内湍流状态下的2相流动,以及分层、分离、旋流等复杂现象。模拟结果显示,由于分离器内的运动部件——转鼓旋转,钻井液形成强迫旋流,不同密度的气、液相在离心力作用下发生分离。试验测试结果表明,该分离器试验模型的分离性能显著、稳定,保证了钻井液性能尤其是密度的稳定,从而验证了CFD的有效性。在内流场分析的基础上,对分离器试验模型进行仿真优化,改进了入口方式和转鼓结构。结果表明,切向入口有利于改善来液的流动;分离器增加1个旁通管形成循环支路后,有利于降低背压,使排气管壁上的液滴流回到分离器。

管柱式气-液分离器溢流压力降计算模型

溢流压力降是评价管柱式气-液分离器(Gas-liquid cylindrical cyclone,GLCC)分离性能的重要指标,目前尚未形成有效的预测方法。为了准确预测GLCC溢流压力降,笔者基于压力降沿程分布理论,结合实验观测数据,综合考虑分离器结构参数、气-液相操作参数及物性参数,建立了GLCC溢流压力降的半理论-半经验模型。该模型首次将GLCC溢流压力降分为3部分,即入口(Ⅰ区)损失、筒体(Ⅱ区)损失及出口(Ⅲ区)损失;并且在筒体损失的计算中,考虑了不同气、液相流型的分布及液滴携带因素对压力降的影响。该模型既可用于计算气-液两相溢流压力降,也可计算单气相溢流压力降。将该模型计算值与实验测量值进行对比,其相对误差在25%以内,说明该模型精度较高,建模方法可行。

气-液分离器中液滴碰壁反弹系数的研究

概述了影响气-液分离器中液滴碰壁行为的因素,分析了气-液分离器内部流场模拟时,液滴碰壁反弹系数选取应考虑的因素,为提高数值模拟的准确度提供了一定的帮助。

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。

气-液旋流分离器内气相时均流场的试验研究

采用多普勒激光测速仪对轴流式气-液旋流分离器内气相时均流场进行了测量研究,考察了导叶导角和流量变化对时均流场的影响。测量结果表明,在分离空间,切向速度分布呈现典型的Rankin涡结构,切向速度沿轴向衰减不明显,轴向速度由外围的下行流与内部的上行流构成,轴向速度随轴向向下而衰减。最大切向速度面与轴向LZVV面呈现与筒体相似的管锥形。对环形空间和集液槽内时均流场的结构进行了分析。环形空间与集液槽内切向速度分布趋势与分离空间内相似,集液槽内旋流强度远低于分离空间,最大轴向速度位置靠近轴心处。

基于多结构因素的气-液旋流分离器结构优化设计

气-液旋流分离器内部流场复杂,结构尺寸等因素对其分离效率影响较大。针对排气管直径、插入深度、偏置角度、偏置距离以及增设底流口防返混锥5个结构因素进行正交试验设计,利用Fluent软件对16组有代表性的水平组合模型进行数值模拟,用极差法找出各因素优化水平组合以及各因素对分离效率和压降的主次影响顺序,最后通过综合平衡法找到最优组合,并分析了优选结构下液滴粒径和入口速度对分离效率的影响。

气液分离器的结构设计与流场分析

设计了一种新结构气液旋流分离装置,并介绍了该装置的结构特点、尺寸参数和工作原理。基于计算流体动力学软件Fluent,采用雷诺应力模型,模拟仿真了新型气液旋流分离器的内部流场分布。同时分析了不同分流比变化对分离器内气相浓度分布、压力和速度的影响规律。气-液分离器分离效率达到80%,说明新型气-液旋流分离器的除气处理效果优越。

亲—憎水型微重力气—液分离器性能的研究

本文介绍一种新型结构形式的亲—憎水型微重力气-液相分离器,讨论了它的基本原理和表面张力现象的应用。并给出了它的结构设计、参数的确定、亲水材料和憎水材料的选择以及性能评价实验结果。实验证明,本装置不仅可用作空间微重力技术设备,还可用于载人飞船生命保障系统中液体管理及输送管道的气—液分离。

浅谈欠平衡钻井用液-气分离器的结构和设计

介绍了3种欠平衡钻井用液-气分离器及其结构,对液气分离器U型管的设计及最大处理气量估算进行了讨论,并提出设计时应注意的几个问题。

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。

天然气脱水脱烃用SM系列分离器的研究与应用

Shell石油公司研发的SM系列分离器是一种高效的脱水、脱烃设备,对其发展历程、结构组成和工作原理进行了系统的总结,结果表明,采用重力分离与高效内构件相结合的SM系列分离器具有分离效率高、构件模块化等优点,适用于天然气脱水、脱烃装置。针对SM系列分离器开展的气-液分离应用基础研究,有助于了解其内构件工作情况及分离器内液滴平均尺寸分布情况,可为分离器内构件的结构优化设计和分离器性能的进一步提升提供参考。

过滤分离设备在天然气长输管道中的应用

天然气中的固体颗粒杂质以及液滴会对压缩机、流量计、管道造成磨损和腐蚀,影响长输管网的运营安全,因此必须安装过滤分离设备去除上述污染物。文章介绍了天然气过滤分离器、气-液聚结分离器、旋风分离器以及组合式过滤分离器的技术原理及特点,并对不同设备在天然气长输管道中的应用进行了探讨,为过滤分离设备的选用提供参考。

圆管气-液旋流分离器的数值模拟

建立了圆管气-液旋流分离器结构设计简化模型,通过研究液滴和气泡的轨迹并结合传统分离器的设计经验,完成分离器的结构参数设计和计算。使用Fluent软件对单、双入口分离器内部速度分布和压力分布进行数值模拟研究。轴向速度在分离器中心区域方向向上,在该区域外侧向下,拟合了最大轴向速度与入口混合物速度的经验关联式;切向速度在分离器中心位置为0,在径向先增大后减小,在壁面处为0,漩涡在最大值两侧分为两层,内侧为准强制涡,外侧为准自由涡;径向速度数量级比切向速度和轴向速度均小,并且在轴线的两侧一正一负,在分离器中心位置为0,沿着径向先迅速增大后减小,在壁面处为0。在下部液相空间的截面上,压力在圆管壁面处最大,在中心处最小;在轴向上,随着液位的升高,压力逐渐增大。对比单、双入口分离器的模拟结果,双入口切向速度、径向速度和压力的分布对称性更好,流场更稳定,动能损失更小,由此证实了在单入口情况下,分离器流场的不对称性由入口效应所致。

改进模糊自整定PID控制器及在GLCC液位控制中的应用

气-液柱状旋流式分离器(GLCC)分离装置性能中一个关键问题是对其液位进行控制。为了改善液位控制性能,在传统PID控制器基础上引入了模糊自整定PID控制器。针对控制器参数初始值的选取问题,结合ΔqVin-ΔΗ响应曲线引入了描述液位波动的指标方程,经参数优化后进行仿真比较,结果证明了液位控制效果的提升。