基于液膜流型的双入口管柱式气液分离器性能研究

管柱式气液分离器(gas-liquid cylindrical cyclone,GLCC)是一种耦合离心力与重力作用的分离设备,常用于深海油气分离。气相带液(liquid carry-over,LCO)是影响GLCC分离性能的关键问题,且LCO率与GLCC上部筒体内的液膜流型有密切关系。因此,通过调控液膜流型来控制LCO率是一种可行方法。提出了一种向上分支的双入口管柱式气液分离器,并在其分支管增设一个阀门以控制两入口间流量比,达到调控液膜流型的目的。利用高速摄像机,通过改变入口气、液流量和阀门开度,系统研究了液膜的分布特征;并利用数值模拟对GLCC液膜流型、内部流线及速度特性做了研究。支路流通面积比从100%改变至0时,流经倾斜管主路的流量增多,液膜占据的筒体壁面高度沿轴向逐渐降低,且液膜集中在倾斜管主路入口附近并形成对分离性能有利的旋环流流型;模拟结果显示,在前述过程中,旋流场涡核中心逐渐稳定,有利于抑制LCO的发生。调节入口阀门开度以调控液膜流型是改善GLCC分离性能的可行手段。     

电导法测量新型旋风分离器内液膜的分布规律

根据电导率变化原理设计了双平行电导探针,并采用该探针对新型旋风分离器内的液膜分布进行了研究。通过对不同结构参数和操作条件的研究发现,液膜沿筒体呈不对称分布,入口附近截面上的液膜随着轴向距离的增大其最厚值点沿圆周后移,液膜呈螺旋带状下行;发展后的液膜厚度在不同截面的最大值在160°左右的圆周角度处。研究还表明,随着处理负荷的增加,切向速度增大,液膜的分布区域变大,有利于分离效率的提高,但整体液膜厚度变薄,不利于减缓筒壁的磨损;入口角度的变化对撞击区附近的液膜分布影响较大,入口角度越大,切向力在径向上的分量越小,液膜的分布范围越小;另外,随着升气管直径的增加,由于分离空间变小,整体液膜厚度增加。     

气-液旋流分离技术综述

气-液旋流分离器是依据离心分离原理实现相间的分离,与传统的依靠重力实现气液分离的容积式分离器相比,具有结构简单、能耗低、重量轻、应用方便等优点。理论和实验研究表明,改进GLCC的结构对提高其性能具有重要的影响。然而,缺少有效的预测GLCC性能的工具限制了其应用速度以及应用范围的进一步扩大。尽管如此,GLCC在石油工业中的应用已初见端倪。随着对GLCC内部流动规律的了解和设计工具的完善,GLCC必将拥有更加广阔的应用领域。     

规整填料表面液膜流动特性的数值模拟

精馏过程气液两相流运动分布特征对分离效率具有重要影响。为研究规整填料表面液膜流体动力学特性建立了基于VOF方法的CFD分析模型,并基于文献试验结果进行了验证。对液膜随时间和空间的演化分布特征、速度场分布和液相流量影响进行了模拟分析。液膜在波纹顶部下沿聚集形成凸起状波峰,在波纹底部波峰消失,而到达下节波纹上沿时,波峰重新形成;瞬态液膜厚度随时间波动,且沿填料表面液膜平均厚度先减小后保持稳定;发现液相聚集及形成液滴坠落容易导致出现干板区。不同位置液膜速度分布存在明显差异,沿填料表面液膜平均速度先增后减或保持稳定;液膜绕过波纹顶部时会加速,在波纹底部和上沿处会减速。液相流量增大,液膜平均厚度和速度均有所增大。     

柱状气液分离器长径比优选及实验研究

应用计算流体动力学软件FLUENT,针对柱状气液旋流分离器(GLCC)进行了气相体积分数和压力损失的分析,得到了GLCC的气相分布特性和压力降分布特性,揭示了分离器的长度和主直径对其分离性能的影响。此外,通过室内实验明确了不同操作参数对分离效果的影响,通过改变长径比的实验研究表明:长径比过大或过小都不利于分离效率的提高,得出了当长径比为10、直径为480mm时,其分离效率最高。     

MVR系统中管柱式气液旋流分离器性能研究

机械式蒸汽再压缩技术中,蒸发器产生的蒸汽进入压缩机前需要进行气液分离,考虑到结构紧凑性与分离稳定性,本文提出采用管柱式气液旋流分离器进行此操作,对其进行了结构参数设计和Fluent数值计算。经过研究：发现溢流管和底流管尺寸对分离器性能影响较大,改变二者数值大小,当溢流管直径为50mm、底流管直径为40mm时,溢流管和底流管的气、液相体积分数可分别达到1,且满足文献中对于出口流速的要求;证明了分离器流场内外旋流与内旋流的运动规律,两者旋向相同,运动方向相反;相比较单入口,采用双入口的管柱式气液旋流分离器,内部流场参数分布高度对称,分离过程更加稳定;适当增加旋流器直径,可降低流体通过压降,缩短纯液相区与纯气相区间过渡区域,改善分离器性能。     

柱状气液旋流器压力场和速度场模拟分析

利用计算流体动力学(CFD)方法,采用流体力学软件FLUENT,针对柱状气液旋流分离器进行了内部流场、压力场和气相浓度的分析,得到了柱状气液旋流分离器的压力降分布特性和速度分布特性。揭示了入口位置及溢流口直径对柱状气液旋流分离器分离性能的影响。经研究发现:要使柱状气液旋流分离器具有低压力损失和高分离效率的综合性能,需要将入口位置和溢流口直径控制在一定范围。     

气液旋流器内液相平均停留时间

旋流设备内伴有传热、传质或反应过程时,介质停留时间是其关键参数。在冷模实验装置上,采用持液量法,对气液旋流器内液相平均停留时间进行了研究。结果表明,液相停留时间随入口含液率增大明显降低,随入口气速增大降低较小。气液界面剪切力远小于液相重力是入口气速对液相停留时间影响较小的主要原因。基于液膜受力平衡,建立了气液旋流器内液相平均停留时间模型。模型预测停留时间与实测值总体吻合良好,在液膜Reynolds数Re_l< 1200范围内,模型预测停留时间偏大,讨论了模型预测偏差与液膜流型的关系。     

旋流型气液分离器壁面小孔处气液相分离特性

旋流型管道气液分离器能够实现高气速下的气液分离,而壁面小孔处的相分离特性是决定分离器性能的重要因素。为优化气液分离器的结构与操作参数,文中应用计算流体力学(CFD)模拟方法,基于冷模实验验证,研究了旋流型管道气液分离器内部流场及小孔处的相分离特性。结果表明:气液分离器内两相流流型沿轴向由雾状流向环状流转变,在L/D≤1.0区域内(L为小孔的轴向位置,D为管径),壁面无液膜覆盖,液相分流系数随轴向距离的增加而增加,在L/D1.0区域内,液膜在壁面处形成,液相分流系数较高且稳定在0.007左右;增大小孔直径或小孔两侧压差,小孔内的液相分流系数增加,但分流比降低。研究结果可为旋流型管道气液分离器的优化设计提供理论指导。     

气液旋流分离器气相体积分数和压力降数值模拟

气液旋流分离器工作时,两相混合物从入口管切向进入圆柱形筒体开始分离。所以当入口管和筒体的结构发生变化时,对整个旋流分离带来的影响是直接的。旋流分离之后的气相,是经过溢流管离开体系的,因此当溢流管的结构改变时,气相的最终分离也会受到影响。从溢流管的半径、插入深度、筒体的半径与高度四个方面出发进行数值模拟,每个影响因子设计了六组平行的仿真模拟实验。     

一种气液分离的新方法

针对长输管线气顶排空作业的复杂性,结合多种分离技术的特点,提出了一种气液分离方法,并给出了基于该方法的分离器结构和分离原理。该分离方法和分离器能够对气液比变化范围比较大的气液混合物进行有效分离,且整体设备集成性好,结构优化、合理。通过实际输水和输油试验证明,该分离方法是可行的。     

Performance of a hydro-filter — Mass transfer coefficient and gas-liquid interfacial area

An experimental study of the effect of operating conditions on the performance of a hydro-filter (marble-bed scrubber) has been conducted. The overall volumetric mass transfer coefficient, K_Ga, remains constant while the gas flow rate changes in the stable operating regions but increases sharply in the region above the loading point, corresponding to a sharp increase in the total pressure drop of the hydro-filter. Since the gas flow is turbulent and the liquid flow is laminar under the present experimental conditions, the value of K_Ga is strongly dependent on the flow conditions of the liquid and its properties, while those of the gas have less effect. The performance of a hydro-filter as a mass transfer device is shown to be superior to other types of scrubbers although its main drawback is large pressure drop.     

搅拌槽内气液两相混沌混合及分散特性

传统Rushton刚性桨常应用于过程工业中搅拌反应器内的气液分散过程,但由于桨叶背后易形成较大的气穴,气液混合效果较差。为了提高搅拌槽内气液两相的混合效果,提出了一种刚柔组合桨强化气液两相的分散过程。利用LabVIEW软件处理刚性桨和刚柔组合桨体系中气液混合过程的压力脉动信号,通过Matlab软件编程计算最大Lyapunov指数（LLE）,分析气液混合体系的混沌混合行为,同时,对刚性桨和刚柔组合桨体系中的相对搅拌功耗、整体气含率、局部气含率进行测量。结果表明,在功耗为170 W,通气量为10 m³·h^-1条件下,与刚性桨相比,刚柔组合桨能够通过刚-柔-流的耦合作用促进桨叶能量的传递过程,提高搅拌体系的混沌混合程度,刚柔组合桨体系的LLE提高了8.89%。同时,在相同操作条件下,与刚性桨相比,刚柔组合桨能够有效提高相对搅拌功耗以及搅拌槽内的整体气含率和局部气含率,且搅拌槽内气体分散更为均匀。     

并行微通道内气液相分配规律

微反应器的集成放大对于微化工技术的工业应用具有重要意义。利用高速摄像仪对4个并行微通道内气液两相流动状况及相分配规律进行了研究,考察了气液两相流量及液相黏度对两相分布均匀性的影响。实验所用液相为含0.3%表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）的蒸馏水-甘油溶液,气相为氮气（N₂）。实验观察到了6种典型的两相流型。对各支通道均为弹状流情况下气泡长度和气泡速度的分布规律进行了研究。在一定气相流率下,各支通道气泡长度的相对标准偏差随液相流率的增大而增大,气泡速度的相对标准偏差值随液相流率的增大先升高到一定值然后逐渐减小。气相分配不均匀性随液相流率和黏度的增大而增大,液相分配不均匀性随液相黏度的增大而减小,气相流率的变化对于两相分布影响不明显。研究结果有助于并行微通道的结构设计与优化,以实现更为均匀的气液两相流动分配。     

双层组合桨搅拌槽内气液微观分散特性

采用双电导电极探针法对双层组合桨搅拌槽内气液相界面积特性进行了实验研究,考察了通气量、搅拌转速和桨组合对槽内相界面积的影响。结果表明:对于上层桨为上翻斜叶桨和下层桨为凹叶桨的组合,随着通气量的增加,搅拌槽内大部分区域的相界面积增大,但在槽底区域减小。随着搅拌转速的增加,在叶轮区域的相界面积增加明显,而在槽底和液面区域基本不变化。上下层桨的分散能力和气体分布器结构和操作条件密切相关。对于近壁管式气体分布器搅拌槽,在较低通气量下,上层桨对气液分散起着主要作用,而在高通气量下,下层桨的作用增强,起主要作用。带圆盘的搅拌桨对气体具有良好的阻缓作用,不同气速下均具有优异的气液分散能力。     

复合T形管对气液两相流的分离

在诸如天然气、化工、冶金、电力等许多工业过程中广泛存在气液两相流,传统上采用分离罐或旋风分离器等分离两相流,不仅设备成本高、易泄漏,而且维护保养和更新都不方便。T形管分离器具有结构简单、集约、经济、安全、维修更新方便等优点,但缺点是简单T形管的分离效率较低,新型复合T形管是对简单T形管的一种改进,期望能提高两相的分离效率。以空气一水为两相流工作介质,用主管水平侧支管垂直向上的简单T形管和复合T形管作为两相流动的分离器,在层状流和塞状流条件下进行两相流分离实验。结果表明,无论在层状流还是在塞状流条件下,复合T形管气液两相的分离效率都比简单T形管有了显著的提高,增加复合T形管的连接管数,能进一步提高分离效率,一般在层状流时连接管数为5管以上的复合T能完全分离气液两相;而流型进入混合程度较高的塞状流时,采用连接管为5管以上的复合T也能完全分离气液两相流;相同流型下,增加气体或液体的流速,对复合T形管分离效果不利,最大分离效率下降。     

微反应器结构对气液二相分布规律的影响

采用高速摄像仪对3种结构的微反应器内气液二相流型、流动分布及空隙率进行了研究。微反应器采用内置分布实现气液二相分布,3个内置分布器分布角度依次为60°,90°,120°。采用各支通道内气泡长度、气泡速度的相对偏差,相对标准偏差值体现气液二相分布的不均匀程度,考察了分布器结构对各支通道内空隙率的影响。结果表明:随内置分布器分布角度的增大,在实验范围内,各支通道气泡长度分布均匀程度减小,气泡运动速度分布均匀程度增大。各支通道空隙率变化与内置分布器分布角度及支通道与主通道的相对位置有关。     

高密高粘钻井液四相分离技术研究

对钻井过程中地面返回流体的四相分离进行了分析研究,重点是高压、超高压气层钻井和井控时,发生气侵的高密度、高粘度钻井液的分离系统研究。文中提出了几种典型的立式两级分离系统方案,第一级除去地面返回流体中的大宗气体、泡状液体和固体颗粒,第二级对弥散在混合液中的小起泡进行深度分离。由于钻井液随粘度的增大,越难发生气液分离,为除去该钻井液中极难分离的小气泡,提出了几种高效的离心式气液分离器设计方案。一些方案通过实验证明是合理、可行的,分离器实验模型的除气性能稳定、显著,从而为高压、超高压气层安全钻井及井控提供了保障。     

气液冷等离子体多相反应器基础研究与应用进展

等离子体作为物质存在的一种基本形态,因其特有的高活性而不同于固、液、气三种形态,逐渐应用于多个领域,并发展成了一门新兴学科。由于冷等离子体参与的气液化学反应能产生更多的活性物质,而且液体的流动性能够强化活性物质的传递,因此,气体放电产生的冷等离子体与液相反应在许多领域表现出重要的应用价值,更具有探究意义。综述了几种冷等离子体的放电形式以及表征技术,重点阐述了气液冷等离子体多相反应器的不同结构以及应用,并对气液冷等离子体技术发展进行了展望。     

气液分离器设计计算

介绍气液分离器理论基础和设计方法,提出气液分离器计算方法的改进和对比实例.