柱状气液旋流分离器的研究现状及应用前景
旋流式液气分离器的设计
毕业论文(设计)题目名称：旋流式液气分离器的设计题目类型：毕业设计学生姓名：狄磊院(系)：机械工程学院专业班级：装备10901班指导教师：张琴辅导教师：时间：至目录毕业论文（设计）任务书 (Ⅰ)开题报告 (Ⅱ)指导教师审查意见 (Ⅲ)评阅教师评语 (Ⅳ)答辩会议记录 (Ⅴ)中文摘要 (Ⅵ)外文摘要 (Ⅶ)1 绪论 (7)选择旋流式液气分离器的意义 (7)国内外现状和进展趋势 (7)国外现状和进展趋势 (7)国内现状和进展趋势 (9)2 方案论证 (9)旋流式液气分离方案的可行性 (9)旋流式分离器的结构及工作原理 (10)3 分离器的整体设计 (11)旋流器的直径和长度的计算 (11)分离器结构设计 (13)分离器整体结构设计 (13)脱气结构 (15)钻井液入口的尺寸 (15)旋流器的结构设计 (15)外筒体的设计 (17)接口管设计 (18)外部结构 (21)4、要紧零部件的设计及校核计算 (22)筒体和封头的壁厚计算 (22)外容器筒体、封头壁厚计算 (22)旋流器筒体封头壁厚计算 (24)人孔 (25)人孔选择 (25)人孔补强 (26)支座 (26)分离器的总质量 (26)支座的选用及安装要求 (28)5 分离器的安装 (28)焊接 (28)安装顺序 (29)6 壳体的有限元分析 (32)7 总结 (35)参考文献 (37)致谢 (39)附录一 (40)附录二 (43)旋流式液气分离器的设计学生：狄磊，长江大学机械工程学院指导教师：张琴，长江大学机械工程学院【摘要】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。
在具有密度差的混合物以必然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，密度大的相被甩向周围，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。
如此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。
2024年气体、液体分离及纯净设备制造市场发展现状
2024年气体、液体分离及纯净设备制造市场发展现状引言气体、液体分离及纯净设备是现代工业生产和生活中不可或缺的关键设备。
它们的主要功能是通过物理或化学方法将混合的气体和液体分离，并提供高纯度的物质。
随着全球经济的快速增长和环境保护意识的不断提高，气体、液体分离及纯净设备制造市场也呈现出蓬勃发展的态势。
本文将分析当前气体、液体分离及纯净设备制造市场的发展现状，探讨市场的主要驱动因素和面临的挑战。
市场规模和增长趋势根据市场研究公司的数据，气体、液体分离及纯净设备制造市场的规模呈稳步增长的趋势。
在全球范围内，这一市场在过去几年中以每年约5%的增长率增长，预计未来几年仍将保持相似的增长态势。
市场的主要增长驱动因素之一是全球能源需求的增加。
随着全球人口的不断增长和经济的发展，对能源的需求也不断上升。
气体、液体分离及纯净设备在石油、天然气等能源行业中起着关键作用，因此市场需求也得到了推动。
此外，环境保护规定的加强也推动了气体、液体分离及纯净设备制造市场的发展。
越来越多的国家和地区实施了严格的环境法规，要求企业减少排放和污染。
气体、液体分离及纯净设备可以帮助企业实现排放物的有效处理和回收利用，因此受到了市场的追捧。
市场趋势和机遇随着科技的不断进步，气体、液体分离及纯净设备制造市场也出现了一些新的趋势和机遇。
以下是一些主要的趋势和机遇：1.智能化技术的应用：随着物联网和人工智能等技术的发展，智能化的气体、液体分离及纯净设备正在崭露头角。
这些设备可以通过传感器和控制系统实现自动化操作和远程监控，提高生产效率和质量。
2.新能源领域的发展：随着可再生能源的不断发展，太阳能和风能等新能源的利用也带来了新的需求。
气体、液体分离及纯净设备在新能源领域中有广泛的应用，如太阳能光伏板的制造和风力发电设备的维护等。
3.产业升级和更新换代：许多老旧的工业设备需要更新换代，以满足更严格的环保要求。
气体、液体分离及纯净设备制造商可以通过提供新型的高效设备和服务来满足市场需求。
气液旋流器旋流式分离器设计
摘要本次毕业设计对分离器的各重要零部件的重要尺寸进行了详细的计算，并进行了强度分析，同时采用三维建模的方式对各个分零部件进行了设计。
在总结前人的设计经验的同时提出了自己的设计理念改进了部分设计特点使我们设计的气液旋流器旋流式分离器更加趋于完善，可分离气泡小，分离的效率也较高，同时分离器所占用的空间体积相对较小，维修量小，工作稳定。
旋流式分离器具有这些特点，气液旋流器的工作特点具有实用性和可靠性，并具有广阔的前景。
关键词：旋流分离器；气液分离；优化；三维建模AbstractAn important dimension of the graduation design of separator of all major components are calculated in detail, and analyzes the strength, at the same time, the various sub components are designed using three-dimensional modeling method. The gas-liquid cyclone cyclone separator in summarizing the previous experience in the design and proposes own design idea the design features improved enable us to design a more perfect, separation bubble is small, the separation efficiency is higher, at the same time separator space occupied by volume is relatively small, small amount of repair, stable work. The cycloneseparator has these characteristics, working characteristics of gas-liquid cyclone has practicability and reliability, it has broad prospect.Keywords: cyclone separator; separation; optimization; 3D modeling目录第1章概述 ........................................................................... 错误!未定义书签。
2024年气相色谱柱市场发展现状
2024年气相色谱柱市场发展现状简介气相色谱（Gas Chromatography, GC）是一种基于物质吸附和相互作用的分离技术。
气相色谱柱是气相色谱仪的核心部件，其性能对于保证色谱分析的准确性和灵敏度至关重要。
本文将探讨气相色谱柱市场的发展现状。
市场规模气相色谱柱作为气相色谱分析的关键组成部分，市场需求与气相色谱仪市场密切相关。
根据市场研究报告，近年来，全球气相色谱仪市场规模呈现稳定增长的趋势，而气相色谱柱市场也随之扩大。
预计到2025年，全球气相色谱柱市场规模将达到XX 亿美元。
技术进展随着科学技术的不断发展，气相色谱柱的技术也在不断进步。
目前，常见的气相色谱柱包括毛细管柱、填充柱和开放管柱等。
这些不同类型的柱材料和结构设计，拓宽了气相色谱柱的应用领域，并提高了色谱分析的分离效果和分析速度。
毛细管柱是一种长而细的管状柱，其内壁通常被涂上固定相，具有较高的分离效果和较快的分析速度。
填充柱则是将固定相填充在柱内，具有较大的样品处理量和较好的稳定性。
而开放管柱则是中空的柱子，通过气流引导样品分离。
不同类型的柱可根据分析需求进行选择，提供了更多的选择空间。
市场竞争目前，全球气相色谱柱市场竞争激烈，主要厂商包括Agilent Technologies、Restek Corporation、Phenomenex Inc.、Shimadzu Corporation等。
这些公司依靠技术创新、产品质量和服务优势来争夺市场份额。
同时，不同厂商还根据不同用户需求，推出了各种专用柱和高性能柱，满足不同的色谱分析需求。
市场趋势气相色谱柱市场在技术进步和市场需求的推动下，正呈现出几个明显的趋势。
首先，高性能柱的需求不断增加。
随着分析需求的不断提高，对于更高分离效果、更好稳定性和更快分析速度的气相色谱柱需求增加。
其次，绿色环保柱的发展趋势明显。
在环保意识提高的背景下，绿色环保柱得到了越来越多的关注和需求。
这些柱材使用环保材料，具有更好的分离效果和较长的使用寿命。
旋流分离技术研究及其应用
万方数据万方数据第５期蒋明虎：旋流分离技术研究及其应用左右，水中含油质量浓度降到２０００ｍｇ／Ｌ以下；水出口再经一级旋流处理后，含油质量浓度可降到１０００ｍｇ／Ｌ以下．同常规工艺流程相比，采用旋流分离设备实现中转站提前放水，可节约一次性投资，并且每年可节约耗电费用．同时，由于设备占地面积小及联合站处理工艺的简化，还可节省土地资源，产生显著的经济效益和社会效益［２９。
．该技术成果已在大庆油田的７座中转站获得推广应用（见图２），每年处理采出液的规模达１１５０万ｔ，累计可为油田创造经济效益６０００余万元．在井下分离方面，如采用预分离旋流器与双流泵相图２水力旋流器在油田采出液预分离方面的应用配合，可直接在井下对采出液进行处理，使其含水率由９０％以上降到５０％～８０％，在降低原油地面处理成本的同时，也简化了油田地面水处理工艺及设备［３１－３引．随着采出液含水率的不断提高，实施井下旋流分离及同井注采工艺将成为油田未来稳产的一个主要方向．２．１．３相关配套技术在研究中，探讨旋流分离技术在应用中需要注意和考虑的问题［３４｜，并对油田含油污水处理系统工艺及配套设备开展研究，包括聚结、增压方式、工艺方案设计及不同处理介质条件等［３５－４３］．增压方式的选择对旋流处理效果产生较强的影响．容积式泵对于避免油滴的二次乳化有很好的作用，有利于保证旋流分离的高效性，但是成本高、处理量相对较小，因此在满足处理指标的情况下，尽量采用离心泵等常规增压泵．其次，通过采用合理的聚结设备可在一定范围内适当加大油珠粒径，保证旋流分离效果．另外，旋流分离设备的高效应用还取决于与油田生产工艺的合理配合，包括处理介质的特性、前后工艺设备的衔接等．２．１．４含聚污水处理在２０世纪９０年代，开展了针对聚合物驱油田含油污水旋流处理的前期研究工作［４４＿４６｜，为后期大庆油田三次采油中地面水处理工艺提供借鉴和技术支持．同时，针对含聚污水难处理等问题，加大了对其他类型旋流分离设备的研究力度，如动态旋流器Ｈ６－６引、复合式旋流器［６３．６们等．对这些新结构旋流器的研究，拓宽了研究思路和旋流器应用领域，为不同应用提供更多的选择．２．１．５气携式旋流分离为改善油水分离效果，开展气携式旋流分离技术研究，即：将气体引入旋流器中，以一定的方式形成微小气泡，小油滴通过与气泡的结合构成油／气复合体，使其“粒径”增大、与水之间的密度差加大，以提高油水分离效率（见图３）；研究气体对旋流设备压力特性的影响［７０＿７¨、不同注气方式［７２＿７５３及微孔材料等［７６－８妇对油水旋流分离效果的影响，并开展相应的现场试验研究［８２｜．研究结果表明，通过合理的结构设计和操作运行参数的选取，气携式旋流器可有效提高旋流分离效果．２．１．６旋流分离机理及流场特性图３气携式水力旋流器实验在实验及现场试验过程中，通过理论分析及ＬＤＡ激光测速技术，研究了旋流器内部压力场［８３－９６］、速度场‘８７－９８３及其变化规律．采用计算流体动力学（ＣＦＤ）分析软件ＦＬＵＥＮＴ，对旋流器的压力分布、速度分布、相浓度分布等开展研究嘲＿１０５］，并有效地应用在旋流器结构优化设计和操作参数优化等方面．２．２细颗粒处理旋流分离技术随着油田开发的不断深入，同时某些地层胶结疏松，生产压差过大，导致采出液的含砂量逐年增加．采出液的大量含砂对地面集输设备造成极大的损害，在油田地面处理工艺中，通常采用重力沉降式装置进行除砂，这种工艺方式简单、可靠，但占地面积大、处理时间长．万方数据·１０３·大庆石油学院学报第３４卷２０１０年旋流器早期的研究和应用就是在固一液分离方面，但其处理介质的密度差和固体颗粒粒径比较大，用在油田除砂方面并不适合．同常规除砂处理相比，细颗粒的分离难度相对大得多．为此，开展针对细颗粒杂质旋流处理的研究工作Ｅ１０６－－１０８３．结合油田的实际特点，开发并设计相应的用于细颗粒杂质处理的水力旋流器结构．通过实验研究，对其结构参数和操作参数进行优选．与卧螺式离心机配合，实现油田污水处理系统中沉降（细颗粒）污泥杂质的旋流浓缩和离心脱水稠化［１０９＿１１３］．其研究成果已经在大庆油田的多座中转站获得推广应用（见图４），解决了油田生产中面临的实际问题．该研究为细颗粒分离水力旋流器在油田的推广应用奠定了基础．（ａ）旋流污泥处理设备（ｂ）浓鲡及稠化后的污泥照片图４用于细颗粒杂质处理的水力旋流器及应用２．３气一液旋流分离技术在油田采出液中存在压力变化或溶解气，在地面处理工艺中进行气液分离是一个重要的工艺环节．通过采用常规旋流器结构及优化设计的新型旋流器结构，开展关于气液分离的理论分析与实验研究［１１４－１２０｜，认为相对于油一水两相分离，气体和液体之间的密度差比较大，容易分离，但要实现高效分离，需要在结构设计和运行参数优化方面进行研究．在研究过程中，注重旋流流场特性与分离性能相结合，通过流场分析与结构优化，开发出高效的气液旋流分离结构（见图５），可实现气体的完全分离（即底流图５气一液旋流分离器结构优化设计中的气相浓度分布云图出液口中气体零排放）．此项技术已在我国某项海洋工程现场试验中获得成功．２．４其他方面制造材料的选择是关系到旋流器的使用寿命及制造成本的重要因素之一［１２１｜．针对采用玻璃钢、聚胺酯、不锈钢、普通碳钢及工业陶瓷等材料加工旋流器的设计和制造问题，与相关厂家开展技术合作，开发出多种样机．目前聚胺酯和不锈钢水力旋流器已形成产品，技术也较为成熟．同时，对特殊结构入口流道的加工型式也做了较为深入的研究［１２２｜．人们一般认为保持流量稳定性是保证旋流器高效分离的必要条件，认为流量的不稳定（如断续流、脉动流等）将使旋流器的分离效率降低．通过研究，掌握了脉动流条件下旋流器的分离特性和能耗特性的变万方数据·１０４·第５期蒋明虎：旋流分离技术研究及其应用化规律及其特点［７８’１２３．１２４｜．结果发现，在一定的条件下，流量的脉动对改善旋流分离效果有时还会起到一定的积极作用，同时其能耗增大的幅度也有限．为探索新型旋流器结构，对旋滤器［１２朝和尾管过滤式旋流器‘８２’１２６３等开展相应的实验研究，同时也分析了可在油田及相关行业推广应用的其他离心式分离器［１２７－１２８］，如螺旋管分离器等．针对油田采出液的脱气和除砂，开发出脱气除砂一体化水力旋流器（见图６），实验效果较为理想，但还需要通过现场试验进一步优化其结构和参数，为简化油田工艺、降低地面工艺能耗提供借鉴．通过近２０ａ的研究，东北石油大学对旋流分离技术研究有了更为深入的认识，取得一些研究成果，也获得１０余项国家发明专利和实用新型专利．３结束语图６脱气除砂一体化三相分离旋流器实验样机随着化工设备向高效节能和多功能化的方向发展，开发出一机多能的化工新装置已成为２１世纪的技术发展方向［１２９－”引，水力旋流器也因此出现了一些新的结构形式．这些新型旋流器的设计开发对于拓宽思路、改进旋流分离性能、提高旋流分离技术水平将发挥积极的促进作用．水力旋流器的结构虽然并不复杂，但其分离性能在很大程度上受所处理介质特性的影响，因此针对不同应用场合和条件，必须有针对性地开展研究．旋流分离技术虽然得以长足发展，但在其技术发展过程中有许多技术难题仍需加以解决．该项技术的主要研究方向：（１）借助理论分析、ＣＦＤ模拟分析和实验研究手段，研究开发出高效低耗的旋流器产品，进一步扩大旋流器的应用范围，提高其经济效益；（２）设计新型旋流器，进一步改善对低密度差细颗粒混合介质的处理能力，研究将旋流器用于高黏度介质处理的可行性；（３）设计开发高效的脱气／除砂、脱气／除油或除砂／除油一体化三相分离旋流器，以减少投资，简化工艺、提高处理功效；（４）突破水力旋流器用于井下采出液处理（油一水分离、气一液分离等）的相关设备及工艺技术难关，为高含水后期油田开发提供强有力的技术支持；（５）进一步开展旋流处理配套工艺及其技术研究，包括破乳、聚结、低剪切增压及其工艺系统的反馈控制技术等；（６）在旋流分离技术研究的基础上，开发设计其他离心式机械分离设备．参考文献：［１］蒋明虎，赵立新，李枫，等．旋流分离技术［Ｍ］．哈尔滨；哈尔滨工业大学出版社，２０００．［２］贺杰，蒋明虎．水力旋流器［Ｍ］．北京：石油工业出版社，１９９６．［３］赵立新，李枫．离心分离技术［Ｍ］．哈尔滨：东北林业大学出版社，２００６．［４］ＳｖａｒｏｖｓｋｙＬ．Ｈｙｄｒｏｅｙｃ｜ｏｎｅｓ［Ｍ］．Ｌｏｎｄｏｎ：Ｈｏｌｔ，ＲｉｎｅｈａｒｔａｎｄＷｉｎｓｔｏｎＬｔｄ，１９８４．［５］ＴｈｅｗＭ．Ｔ，ＣｏｌｍａｎＤＡ，ＣｏｒｎｃｙＤＲ．Ｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅｓｆｏｒｏｉｌ／ｗａｔｅｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎ［ｃ］．Ｐｒｏｅ．Ｉｎｔｌ．Ｃｏｎｆ．ｏｎＨｙｄｒｏｃｙｅｌｏｎｅｓ，ｐａｐｅｒ１１，１４３，ＢＨＲＡ，１９８０．［６］康万利，董喜贵．三次采油化学原理［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９７．［７］贺杰，蒋明虎，宋华．新型油水分离装置一一水力旋流器试验［Ｊ］．石油机械，１９９３，２１（１２）：２６—２９．［８］蒋明虎，贺杰，宋华．油水分离用水力旋流器性能的试验研究［Ｊ］．工业水处理，１９９４，１４（３）：２４—２６．［９３蒋明虎，贺杰，赵立新．油水分离用水力旋流器的模拟试验［Ｊ］．石油机械，１９９４，２２（５）：１５—１７．［１０］赵立新，王尊策，李枫，等．水力旋流器的结构类型口］．石油机械，２０００，２８（增刊）：１９８－－２００．·１０５·万方数据万方数据万方数据万方数据万方数据旋流分离技术研究及其应用作者：蒋明虎， JIANG Ming-hu作者单位：东北石油大学,黑龙江,大庆,163318刊名：大庆石油学院学报英文刊名：JOURNAL OF DAQING PETROLEUM INSTITUTE年，卷(期)：2010,34(5)本文链接：/Periodical_dqsyxyxb201005018.aspx。
小型柱式气液旋流分离器在海洋平台的应用前景分析
小型柱式气液旋流分离器
立式分离器
６８ Ｋ Ｐａ ０
卧式分离器
气 体 流 量 为 １ ８Ｍｍ ａ ；液 体 流 量 为 １０ ０ｍ ／ａ ９０ ／ｙ ｄ ６ ０ ｙ ｄ
ｌ５ ＿ｍ ６ ｍ ２７ ． ｍ ｌ ．ｍ ０５ ５７ ｍ ．９ ２ ．６ ２ ８ ｍ
单一相 态 ，其 中 ，气液 分 离器为 一重要 设 备 。在 海上平 台的实 际应 用 中 ，最 早 出现 并 大量使 用 的是传 统 的容 器 式分 离器 （ 式或 卧式 ） 立 。容器 式分 离 器仅 仅依 靠气液 相 的密度 差 来 实现 重力 分离 ， 需要较
长 的停 留时 间；因此 ，容器式 分离器 体积 大 、笨重 、投 资高 。特 别是 随着海 上 油气 田的开发 ，容 器式 分离器 在海 上平 台上 应用 时 ，受到 占地面 积 和设 备投 资 的限制 ，更显 示 了难 以克服 的缺 点 。 小 型柱 式气 液旋 流分 离器 （ ａ －Ｌ ｑ ｉ Ｃ ｌ ｄｉａ Ｃ ｃｏ ｅ Ｇ ｓ ｉｕｄ ｙｉ ｒ ｌ ｙ ｌｎ ，简称 Ｇ Ｃ ｎ ｃ Ｌ Ｃ）是 一种新 型 高效 的 气 液分 离器 ，具有 结构 简单 紧凑 、能耗 低 、质 量轻 、便 于建造 与安 装等 特 点 。 目前 ，Ｇ Ｃ Ｌ Ｃ主要 应用 于凝 析 气生产 系 统 的气 液 分离 ， 际上通 过 Ｇ Ｃ 实 Ｌ Ｃ控制 生产系 统 的气油 比， 以大 大改 善多相 流量 计 、 可
翻
造
船
学 术 论 文
图 １ 小 型 柱 式 气 液旋 流 分 离 器 （ Ｃ ＧＬ Ｃ）的 结 构示 意 图
与传 统的 容器式 分离 器 （ 立式 或卧 式 ）相 比，Ｇ ＣＣ具 有结 构简单 紧凑 、能耗低 、质 量轻 、便 于 Ｌ 建造 与安 装等优 点 。同时 ，从 环境 和安 全角度 考察 ，它可 明显 降低烃 的残 留量 。表 ｌ 为小 型柱式 气液 旋 流分 离器 与容 器 式分 离器 的对 比， 由此 可见 ：小 型柱 式气 液旋 流 分 离器 的尺 寸仅 为立 式 分离器 的 １ ，卧式 分离器 的 １ ；而质 量则仅 为立 式分离 器 的 １ ， 卧式分离 器 的 １ ４ ／ ２ ／ ４ ／ ８ ／ ，具有 小 型化 、集 约化 ６ 的技 术优 势 。目前 ，国 内外海 洋平 台使用 最为广 泛 的为 Ｅ ｐｏ三相 卧式 分离器 ，该分 离器制 造成 本 高 ｘｒ
气液旋流分离技术应用研究进展
2021年第49卷第1期—102 —石油机械CHINA PETROLEUM MACHINERYV油气田开发工程A气液旋流分离技术应用研究进展”蔡禄1孙治谦1朱丽云1王旱祥2王振波1(1.中国石油大学(华东)新能源学院2.中国石油大学(华东)机电工程学院)蔡禄，孙治谦，朱丽云，等.气液旋流分离技术应用研究进展.石油机械，2021, 49 (1)： 102-109.摘要：气液旋流分离设备具有分离效率高、体积小及工作稳定等优点，在油田开发、天然气 开采、油气输送和压缩空气净化处理等领域得到了广泛应用。
油田开发中，常用的气驱技术能够提高采出率，但油井气液比会增大，油气分离技术要求日趋严苛。
对气液旋流分离设备的分离原理及国内外研究现状进行了简要介绍，阐述了分离性能的优化方法，分析了理论研究的不足。
研 究结果发现：气液旋流分离设备的分离性能受其结构参数、操作参数以及流体物性参数等因素的影响。
国内外学者为提高分离效率采取了改进外部结构和内部流场的措施，为进一步提升工业生 产效率提供了可能。
随着气液旋流分离技术应用领域的不断拓宽，旋流器及内部流场的定量数值研究对工程应用具有重要意义。
研究内容可为气液旋流分离器的设计与应用提供指导。
关键词：气液两相流；分离；旋流器；优化；研究进展中图分类号：TE934 文献标识码：A DOI ： 10. 16082/j. cnki. issn. 1001-4578. 2021. 01. 015Application and Research Progress of Gas-LiquidCyclone Separation TechnologyCai Lu 1 Sun Zhiqian 1 Zhu Liyun 1 Wang Hanxiang 2 Wang Zhenbo 1(1. School of N ew Energy , China University of P etroleum (Huadong) ； 2. School of M echanical and Electrical Engineering, ChinaUniversity of Petroleum ^Huadong) )Abstract : Thanks to the remarkable advantages of high separation efficiency , small size and stable operation ,gas-liquid cyclone separation equipment has been widely used in oilfield development , natural gas exploitation , oil and gas transportation , compressed air purification and other fields. In the field of oilfield development , the com monly used gas flooding technology can improve the recovery rate , but the gas/liquid ratio of oil well will increase , so the requirements on oil and gas separation technologies are increasingly strict. In this paper, the separation prin ciple of gas-liquid cyclone separation equipment and the research status at home and abroad are briefly introduced. In addition , the methods for optimizing the separation performance are described and the shortages in theoretical studies are analyzed. The results show that the separation performance of gas-liquid cyclone separation equipment is affected by its structure parameters , operation parameters and fluid physical parameters. In order to improve the separation efficiency , domestic and foreign scholars have taken effective measures to improve the external structureand internal flow field, which provides many possibilities for the improvement of industrial production efficiency. With the development of the application field of gas-liquid cyclone separation , the quantitative numerical study oncyclone and its internal flow field is of increasingly important guiding significance to engineering application. Theresearch results can provide the guidance for the design of gas-liquid cyclone separator.Keywords : gas-liquid two-phase flow; separation ； cyclone ; optimization ； research progress*基金项目：中石油重大科技项目“天然气水合物开采气液分离技术及配套装置研究”(ZD2019-184-004)。
旋流分离技术在污水处理中的应用
旋流分离技术在污水处理中的应用黑龙江省佳木斯生态环境监测中心黑龙江省佳木斯市154000摘要：旋流分离器（简称旋流器）的发明、应用已有约一个半世纪了。
开始，只用于选矿过程中的固液分离和固固分离,分级，后来发展到固气分离，液气分离等。
这种旋流分离器被用于石油工业中的产出水除油，取得了满意的效果。
在液液分离研究过程中，先是轻分散相液体的分离（如油污水脱油），再是重分散相液体的分离（如油品脱水）。
虽然旋流分离技术在液液分离方面的应用要晚得多，但已显示出了其体积小、快速、高效、连续操作等方面的优越性，特别是用于轻分散相液体的分离，其牛顿效率非固液分离能比。
关键词：旋流分离技术；污水处理；应用；前言：为了除去原油中的水分和无机盐，往往要采用原油电脱盐装置对原油进行处理，原油中的主要无机盐有氯化钠、氯化镁、氯化钙等，水存在于油中或者以乳化状态呈现出来，因此要想完全除去它们往往需要不断地进行技术改进，而旋流分离技术能够较好地做到这一点。
一、旋流分离器基本结构、工作特点及原理1 基本结构及工作原理。
旋流分离技术的主要设备是旋流分离器，其是一种能够利用离心沉降原理，分理出污水中不同密度物质的机械设备。
其主要构成有一个分离仓、入口、出口。
分离仓有圆柱形、锥形等多种形态，在实际的生产应用过程中，在入口的形态方面往往使用单入口或双入口，入口和分离仓之间的连接也可以分为切向和渐开两种入口。
出口一般应用固定在旋流分离器两端的轴向出口，溢流口在进料口的一侧，另一侧为底流口，在旋流分离器工作时，将溢流口作为排油口，底流口作为排水口使用。
2.工作特点。
在进行污水处理时，电脱盐污水首先从分离器的切向入口流入，在分离器内部进行高速的离心运动，产生离心场，使密度较大的水离子被甩向四周壁上，再从底流口排除，密度较小的油粒子则向中心移动并从溢流口排除，从而达到油水分离目的。
在使用旋流分离器处理污水的过程中，分离效率和油滴的粒径密切相关，当油滴粒径在60μm 以上时，分离效率可以达到99%，但当油滴粒径小于10μm 时，分离效率只能达到50% 左右，因此旋流分离器往往用于大粒径的浮油、散油的回收，减小浮渣量。
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( 6) 小型分离系统 小型分离系统通过尺寸 及质量的减少使采油成本和油气处理费用大幅度降 低。另外, 去除液体中的大部分气体会减少液流的 扰动, 并可以提高下游分离设备 ( 如井口除砂水 力旋流器、原油预分水型和脱水型水力旋流器 ) 的分离性能, 以此提高除砂效果和改善排出水的质 量。目前, 某些石油公司正在研究 GLCC与以上几 种设备的系列组合装置。
2006年 第 34卷 第 4期
寇 杰: 柱状气液旋流分离器的研究现状及应用前景
) 73 )
CC 的现有测试分离器的性能改善进行评估。 ( 4) 完全代替传统的分离 器 具有切向入口
的立式分离器在油田中已经相当普遍, 采用 GLCC 之前的分离器大多庞大而笨重, 并带有垂直的低速 切向入口管。切向速度通常很低, 以至于重力、离 心力和浮力基本平衡而起不到分离的作用。 GLCC 硬件及软件的发展使其体积减小, 改善了立式分离 器的分离性能, 这样节省占地或平台面积、减少投 资, 对海洋油气田的开发具有重要意义。
时从 环境 和 安全 考 虑, 它可 明 显 降低 烃 的 残留 量 \ [ 3 \ ] 。一项对几种气液分离器尺寸和质量的研
究报告表明: 在分离压力为 680 kP a, 气液流量分 别为 1 980 m3 / d 和 16 000 m3 / d的条件下, GLCC 的内径和高度为 115 m 和 6 m, 这两个尺寸分别是 相应的传统立式分离器 ( 217 m @ 1015 m ) 的 "- 和 卧式分离器 ( 5179 m @ 22186 m ) 的 "/ , 另外, 其 质量分别是立式的 "3 和卧式的 1 / 64\ [ 4 \ ] 。
过去对 GLCC 分离器的性能预测只是在实验、 经验及经验公式的基础上进行的, 一定条件下这些 方法均受到限制, 目前正在努力建立用于 GLCC的 力学模型, 并且研制 CFD 模拟系 统。其中, 力学 模型提供了 GLCC设计及性能预测的实用方法, 采 用简化的、理想化的假设条件, 能够掌握足够的问 题变化基本规律, 可以依此针对不同的流动形态进 行内推及外推, 安装和计算快速、可以将整个系统 进行模型化、适于 PC 操作等; CFD 模拟可以详细 地预测 GLCC内复杂的水力流动形态, 包括流场、 浓度分布、分散相粒子运移轨迹等。目前建立模型 的最终目的是为了预测 GLCC 两出口中气体含液量 及液体含气量的范围。当力学模型与真实数据进行 验证不能实现时, 采用 CFD模拟对力学模型进行 修正与改进。
3个阶段, 最早出现并大量使用的是传统的容器式 分离器 ( 立式或 卧式 ) 与 容器式 凝析 液捕 集器。 经过几十年的发展, 该项技术已基本成熟。当前研 究的重点是研制高效的内部填料以 提高其分离效
率。容器式分离器仅仅依靠气液相密度差实现重力
分离, 需要较长的停留时间, 因此容器式分离器体 积大, 笨重, 投资高。特别是随着海上油气田的开 发, 传统分离器更显示了难以克服的缺点。基于此 原因, 一种新型的分离器 ) ) ) 柱状气液旋流分离器 ( Gas- L iqu id Cy lindrical Cyclone, 简称 GLCC ) 应 运而生, 与传统的容积式分离器相比, 它具有结构 简单紧凑、能耗低、质量轻、应用方便等优点。同
GLCC也可用来控制进入多相泵的两相混合介 质气液比的大小, 以此来提高泵效。另一项研究表 明, 几种 GLCC 与喷射泵的组合装置可以用来从高 压多相流油井中吸取能量, 从而提高低压油井的采 收率。
( 7) 海底应用 GLCC技术对石油工业最大的 冲击可能就是在海底分离方面的应用。 B aker A C 等人在 / The VASPS Subsea Separa tion and Pum p ing System 0 ( T rans, Inst1 o f Chem ical Eng ineers, 1992 年 1月 ) 一文中得出结论: 井口分离及泵送是用 于采出液长距离输送的热效率最高的一种方法。在 一项最新的研究中, P rado 等人认为此项技术也适 用于浅海及中深海应用。海底应用要求分离器的设 计及性 能具有高度的 可靠性, 要求 设备简单、小 巧、强度高, 且经济性好。 GLCC 的优点使其在竞 争力极大的众多技术当中表现尤为出色。
关键词 柱状气液旋流分离器 气液分离 研究现状 应用前景
引
言
GLCC 结构、工作原理及研究现状
在石油石化工业中, 为了满足计量、加工、储 存和长距离输送的需要, 必须将石油按液体和气体 分开, 这个过程通常在分离器和塔器中进行, 这是 油田和炼油厂中使用最多、最重要的压力容器设备
之一。 纵观气液分离器的发展过程 \ [ 1, 2 \ ] , 大体分为
参 考文献
1 K ouba, G ene E, Shoham, O vadia, Shiraz,i S iam ack A1D esign and per fo rm ance o f gas- liquid cyclone separators1P roceedings o f the BHR G roup 7th Interna tiona lM ee-t ing on M u ltiphase F low, C annes, F rance, June 7 - 9, 1995, 307~ 327
图 1 GLCC 结构示意图
GLCC 的操作受到 2个因素的限制, 即顶部气 流中的含液量及底部液流中的含气量。气流中出现 液体表明携带液体的开始; 底部液流中出现气泡表 示其已开始携带气 体。可以由这 2 种现象 来界定 GLCC 的高效运行范围。由于在 GLCC 内部气液的 流动形式复杂多变, 在入口上方的流动形式包括气 泡流、分层流、段塞流、环状流和雾状流等; 在入 口下方的流动形式由一个带有丝状气核的液体旋涡 组成; 在液面远低于入口时, 液体以涡流的形式由
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石油机械
2006年 第 34卷 第 4期
入口下落到旋涡当中。因此, 很难对 GLCC 进行准 确的性能预测, 一般用气体出口的带液率和液体出 口的带气率以及流体通过 GLCC 的压降来评价 GLCC 的分离性能。
GLCC水力特性预测的困难阻碍了其应用范围 的扩大, 目前实验室研究及计算机模拟表明, GLCC 的结构改进对其性能可产生深远的影响, 因此 可通过结构改进对 GLCC 的分离性能加以改善。结 构改进主要从入口 设计、 GLCC 主体结构、液面控 制、整体分离系统入手, 另外还针对辅助结构考虑了 其它潜在的改进技术, 但是现阶段还不成熟 \ [ 6 \ ] 。
( 3) 传统容器式分离器或液 塞捕集器预分离 装置 对于大的卧式分离器的内部分离设备中, 旋 流分离已证明是非常有用的。 GLCC 也可作为有用 的外部预分离装置来改善现有卧式分离器的性能, 在原有容器式分离器或液塞捕集器的前面串联 GLCC, 为原有分离装 置提供 初步 分离的 平稳来 流, 通过分离出部分气体, 分离器液位得以提高, 相应 的停留时间增 长, 避免了容 器内雾状流流 型的出 现, 提高原有分离装置的处理能力和分离效果。可 作为现有 传统容器式分离器 \ [ 7 \ ] 的改造措 施。巴 西 P etrobras公司采用 GLCC 预分离器在某油田中对 现有分离器进行了改进, 另一家公司正对采用 GL-
2006年 第 34卷 第 4期 ! 专题综述 #
石油 机械 CH INA PETROLEUM M ACH INERY
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柱状气液旋流分离器的研究现状及应用前景
寇杰
( 中国石油大学 # 华东 )
摘要 气液旋流分离器 ( GLCC) 依据离心分离原理实现气液的分离, 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、质量轻、应用方便等优点。简要介绍 了 GLCC的结构、工作原理和研究现状, 在此基础上, 较为详细地描述了其在石油石化工业中的 应用前景。
GLCC 的结构如图 1所示。它是带有倾斜切向 入口和气体及液体出口的垂直管, 既没有可运动部 件, 也无需内部装置 \ [ 5 \ ] 。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。
用于此种用途的 GLCC 特别适合于井口计量。 GLCC 的小型化使计量回路质量轻、占地少, 并可 以制成橇装式, 具有移动灵活的特点。
( 2) 多相流流量计计量用 GLCC GLCC 大多 数用于作多相计量环路, 只不过此时液体出口用的 流量计由单相液体流量计更换为多相流量计, 这种 类型的计量环路优于传统分离的单相计量和未分离 多相计量。在某种程度上, 此环形结构具有自我调 节能力, 它可 以减 少甚 至消 除液位 控制 的需 要。 GLCC 紧凑的结构致使计量环路比传统的计量分离 器质量轻, 占地少, 以及较少的烃储量, 同时比传 统分离器分离更彻底。该 GLCC 计量回路与传统不 分离三相计量仪器相比, 在很大的流量范围内都可 改善其中任何一相计量的准确性, 同时具有成本低 的优点。
( 5) 不完 全分离 小型 GLCC 更适合于需要 气体部分 ( 不完全 ) 分离的场合, 其中一种应用 是高压油井中通过不完全分离而产生的气体用作低 压油井的气举作业。在美国 Oklahom a州的 Chevron 石油公司设计的海上气举系统中, GLCC 是作为核 心装置的, 它不需要气体压缩机和气举管线。