文档介绍：气液分离器设计
一、概述
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,,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。
2、旋流式分离器的结构及工作原理
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。旋流分离器的基本构造为一个分离腔、一到两个入口和两个出口。分离腔主要有圆柱形、圆锥形、柱-锥形三种基本形式。入口有单入口和多入口几种,但在实践中,一般只有单入口和双入口两种。就入口与分离腔的连接形式来分,入口又有切向入口和渐开线入口两种。出口一般为两个,而且多为轴向出口,分布在旋流分离器的两端。靠近进料端的为溢流口,远离进料端的为底流口。在具有密度差的混合物以一定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,密度大的相被甩向四周,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,分离示意图如图1。这样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。本文设计的旋流分离器用于石油钻井中钻井液的气液分离。
3、旋流式分离器的优缺点
在石油化工中装置中,有各种各样的分离器,其中以立式重力气液分离器最为常见,这种气液分离器具有结构简单、操作可靠等持点。立式重力式分离器的主体为一立式圆筒体,多相流一般从该筒体中段进入,顶部为气流出口,底部为液体出口,其结构简图见图2-2。
虽然旋流式气液分离技术在石油化工方面的应用要晚得多,但与常规的重力式分离相比较,它具有很多优点:
①分离效率高,由于分离原理的不同使得旋流式分离器具有很高的分离效率;
②成本低,占用空间较小、维护费用少、能耗低、不需要任何帮助分离的介质;
③安装灵活方便,旋流器可以任何角度安装;
④工作连续、可靠,操作维护方便,一旦设计、调试好, 就可自动、稳定地工作。
旋流式气液分离器有以上优点,但也有如下缺点:
①由于旋流器内流体的流动产生一定的剪切作用,如果参数设计不当,容易将液滴(油滴或水滴) 打碎乳化而恶化分离过程;
②通用性较差。不同的分离要求、不同的处理物料的性质往往需要不同结构尺寸或操作条件的旋流器,因此旋流器往往不能互换使用。在欠平衡钻井中,使用旋流式气液分离器分离钻井液中的气体,能充分发挥该离器优点,同时又能有效的避免它的缺点。因此,旋流式气液分离用于分离钻中的气体具有广阔前景。
第三章管柱式气液旋流分离器

管柱式旋流分离器(Gas-Liquid Cylindrical Cyclone,)是一种新型分离装置(见图3-1)。它既没有可移动部件,也无需内部装置。气液混合物由切向入口进入旋流分离器后形成的旋流产生了比重力高出许多倍的离心力,由于气液相密度不同,所受离心力差别很大,重力、离心力和浮力联合作用将气体和液体分离。液体沿径向被推向外侧,并向下由液体出口排出;而气体则运动到中心,并向上由气体出口排出。这一成本低、重量轻的新型分离器在替代传统容器式分离器方面具有很大的吸引力。在油和气的流量分别为16000m3/d和1980Mm3/d,分离压力为680kPa的分离工况下,若分别采用管柱式旋流分离器、传统容器型立式和卧式分离器,×6m,相当于同等规模的传统立式分离器(×)的一半左右,相当于传统卧式分离器(×29m)的四分之一左`右。
图3-1 结构图

管柱式旋流气液分离器由入口区(段)、入口分流区、漩涡区、气泡区、液滴区、气相和液相出口配管等部分组成(图3-2)。
入口区
由于管柱式旋流分离器主要依靠旋流产生的离心力实现气液的高效分离,而入口结构决定了分离器的入口气液相分布及气液相切向入口速度的大小。因此入口结构是影响管柱式旋流分离器分离特性的关键因素之一。
气液相流速的不同,油、气两相或油、气、水多相流在入口管和喷嘴内可能呈现分层流、段塞流、分散气泡流或环状流等多种流型。Kouba的实验研究表明,采用向下倾斜的入口管,保证入口管流型呈现分层流将在很大程度上改善气液分离效果、扩展管柱式旋流分离器的适用范围,最佳倾斜角