天然气净化用旋风分离器气液分离性能
基于STAR-CCM+的旋风分离器油气分离性能数值模拟分析
基金项目：广西高校中青年教师 础能力提升项目“旋风分 离器用于滚动转子式压缩机降低含油率的研究(2018KY1189)
尺寸，然后直接再次生成网格。
2计算方法与边界条件
过 研究［4-6］发现，旋风分离器模
拟 的 流模
采用
力模
(RSM),模拟
型(DPM) ”
模拟
的
以采用离 模 气体，离
液体。气体的进口流 8.823 m/s,度为 50.12 kg/m3,黏度为 1.48E-5 Pa・s。液体颗
，
并利用 软件内 的
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格可以通过在STAR-CCM+中
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模型的某个特定
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单位:mm
尺寸名称
旋风分离器本体直径!
旋风分离器总高"
升气管直径!
升气管插入深度S
入口截面高度a
入口截面宽度％ 椎体段高度"e 排尘口直径 升气管壁厚度！
尺寸大小
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槪 報
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境 聒
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从图4可以看出，随着旋风分离器升气管直径的增加，旋 风分离器的油气分离效率逐渐减小。在本文所假定的条件
下，当直径小于一定值之后，旋风分离器的油气分离效率接
近100%。但是升气管直径越小，整个旋风分离器的压降会 增加。
3.2分离空间长度 本文所分析的旋风分离器分离空间长度指的是从旋风
内流入旋风分离器油质的值。
根据上述 条件和
气液分离器分离效果比较
气液分离器分离效果比较
一个好的气液分离器应具有如下特点：
折叠分离效率高
一）分离效率的现状
从气液分离器的要求来看，就要求其能将气体与液体尽可能分离，
经过气液分离器之后，液体就是液体，不含有气体，而气体就是气体，
不含有液体。当然一个分离器实际上其分离效率不可能100%，因种
种原因实际的情况是根据不同分离要求来选择气液分离器。
1、分离要求比较低的，选择重力沉降分离。
2、分离要求一般的，选择普通的折流分离（挡板分离）或者普通
的离心分离（旋流分离）。
3、要求较高的，选择填料分离。
4、要求高的，选择丝网分离。
5、要求很高的，选择微孔过滤分离。
当然这样选择也不是绝对的，实际使用中气液分离效率可能并不
完全符合上述顺序。其原因以后说明。
气液分离器分离效率的选择跟待分离的液体物性有关，如果液体
粘度大，分子间作用力强，相对来说容易分离一些，所以油水分离器
一般分离极数比水分离器低。同样的分离要求，较粘液体的分离器的
分离方式在上述顺序中可以降低一档。但较粘的液体存在的严重问题
在于液体下流时间较长。
过滤分离设备在天然气长输管道中的应用
过滤分离设备在天然气长输管道中的应用发布时间：2022-05-31T00:39:59.671Z 来源：《新型城镇化》2022年11期作者：高明斌[导读] 在随现阶段科学技术的不断发展，天然气的长输管道运输中，相关设备及技术的使用越加广泛。
中石化石油工程设计有限公司山东东营 257000摘要：在随现阶段科学技术的不断发展，天然气的长输管道运输中，相关设备及技术的使用越加广泛。
在运输过程中天然气中所含有固体颗粒的杂质、液体等会对压缩机、管道、流量计等造成较大的磨损及腐蚀，对长输管网具体的运营安全产生较大影响，因此要进行过滤分离设备的安装，以此来去除固体颗粒杂质及液滴等污染物。
此次通过分析天然气过滤分离器多个设备的技术使用原理和特点，并针对不同设备具体的使用情况做以分析，为设备的选用提供相应的参考。
关键词：天然气；过滤分离设备；长输管道天然气在进行储用以及开发中，难免会有固体颗粒的杂质、轻烃类污染物及水等污染物混入，如果不将其去除，在进行运行时会导致压缩机叶片出现腐蚀及磨损，使其输气的效率相对较低；还可能会将计量仪表进行堵塞，导致其计量准确性有所下降；气体中相关液态在较低温的环境下容易出现凝结，从而导致管道出现堵塞；具有腐蚀性的污染物会对管道及设备产生腐蚀，从而导致安全事故出现；甚至致使天然气的品质不符合相关要求，所以在储用过程中要对其做以净化处理[1]。
1.过滤分离设备1.1过滤分离器利用过滤分离器来进行天然气过滤，主要是以过滤滤芯来为元件，其主要作用是将天然气中所含粒径相对较小的固体粉尘及粒径相对较大的液滴做以去除。
过滤分离器是由壳体、积液包、快开盲板及内件共同组成，内件包含隔板、叶片分离器以及过滤滤芯。
过滤分离器主要的结构为卧式结构，内部中的隔板会将壳体来分成进料腔以及出料腔，在隔板上将过滤滤芯做以固定[2]。
天然气通过进气口来进入料腔，气体中所含固体颗粒及直径相对较大的液滴受到重力作用会逐渐沉积在壳体的底部，液滴在经过汇集后进入积液包。
天然气过滤分离器的工作原理
天然气过滤分离器的工作原理
天然气过滤器主要由一级旋风分离器、二级惯性除沫器预滤和凝聚、三级精滤芯凝聚、排污阀等组成，夹带液体和固体颗粒的天然气，由进气管以切线方向进入一级旋风分离器。
经过旋风分离，较大的液滴和固体颗粒被分离出来。
然后，经过二级除沫器，气体通过惯性碰撞作用下，气、液、固进一步分离。
气体中粒径较大的尘埃被滤除，对后级精滤芯起保护作用。
气体通过精滤芯（第三级精滤），粒径大于10微米（或更细）的固体粒子被滤除；粒径微小的液态雾状物被收集在精滤芯上，并凝聚成较大的液滴，在重力作用下，沉降到精滤管底部。
分离出来的液体由各排污口排出，经处理的天然气由过滤器顶端的出气口输出。
本装置综合采用机械分离，微纤维过滤和微孔介质凝聚生长的原理，具有相当高的除尘过滤精度及脱湿能力
汇管的工作原理
主要的作用是平稳气流，起缓冲器的作用，准备进行调压计量。
蔡家用户：天润新兴通用三华四联光电海电风能海斯坦普车检所友隆力帆
安全阀：（先导式）过滤分离器起跳压力：1.1MPa
生活用气：0.33 MPa
蔡家组团民用：0.54 MPa
蔡家组团工业用气：0.87 MPa
友隆：0.76 MPa
天润：0.46 MPa
HSE八大工具法。
气液旋风分离器的结构和设计原理
气液旋风分离器的结构和设计原理
气液旋风分离器是一种常用于工业生产中的分离设备，它主要用于将气体和液体混合物中的固体颗粒分离出来。
其结构通常由进气管、旋风分离器、排气管等部分组成。
气液混合物进入分离器后，通过高速旋转的离心力和惯性力使固体颗粒向外沉积，而清洁的气体则从顶部排出，液体则从底部排出。
根据不同的工业生产需要，气液旋风分离器的设计原理也会有所不同，例如改变进气管的位置、角度等等。
气液旋风分离器的应用范围广泛，包括化工、冶金、食品、医药等行业。
- 1 -。
气液分离器
气液分离器一个好的气液分离器应具有如下特点：一、分离效率高。
一）分离效率的现状从气液分离器的要求来看，就要求其能将气体与液体尽可能分离，经过气液分离器之后，液体就是液体，不含有气体，而气体就是气体，不含有液体。
当然一个分离器实际上其分离效率不可能100%，因种种原因实际的情况是根据不同分离要求来选择气液分离器。
1、分离要求比较低的，选择重力沉降分离。
2、分离要求一般的，选择普通的折流分离（挡板分离）或者普通的离心分离（旋流分离）。
3、要求较高的，选择填料分离。
4、要求高的，选择丝网分离。
5、要求很高的，选择微孔过滤分离。
当然这样选择也不是绝对的，实际使用中气液分离效率可能并不完全符合上述顺序。
其原因以后说明。
气液分离器分离效率的选择跟待分离的液体物性有关，如果液体粘度大，分子间作用力强，相对来说容易分离一些，所以油水分离器一般分离极数比水分离器低。
同样的分离要求，较粘液体的分离器的分离方式在上述顺序中可以降低一档。
但较粘的液体存在的严重问题在于液体下流时间较长。
二）提高气液分离器的分离效率的好处上面说的是气液分离器的现状，那究竟这样选择是不是最合理的呢？1、净化分离器。
净化分离器的作用是将气体中无用或有害的液体分离出来，也就是说分离效率越高，气体中无用或有害的液体越小，带来的好处越多：如果是无用的液体少了，也就是使净化气体的使用效率高了，也就是气体的使用成本低了；如果是有害的液体少了，就不光是净化气体使用成本低了，而且是降低了液体的危害程度，用户的运行成本因此也明显更降低了。
典型的净化分离器如：油水分离器。
油水分离器一般安装在压缩机的进口或者出口。
如果安装在进口的油水分离器分离效率高，压缩机的功效会提高，为什么呢？因为压缩机可以做有用功和无用功，如果进口气体中间含有无用的油水越少，其有用功增加，其功效越高，那么从长远来看，降低的运行成本远远大于提高油水分离效率所用的成本。
如果分离效率提高了1%，也就是压缩机电耗减少了1%，而一般提高分离效率1%所用的成本只相当于半年节省的电费。
输气管道工程多管旋风分离器技术规格书
输气管道工程多管旋风分离器技术规格书
一、设备简介
多管旋风分离器是一种高效的气体除尘设备，适用于各种气体的净化处理。
该设备由多个小直径的旋风分离器组合而成，可广泛应用于输气管道工程中，对天然气、石油气等气体进行高效分离，去除其中的杂质和颗粒物，保证管道输送的清洁和安全。
二、技术规格
1. 设备型号：多管旋风分离器
2. 处理气体：天然气、石油气等
3. 处理流量：根据实际需求定制
4. 入口颗粒物浓度：≤100mg/m³
5. 出口颗粒物浓度：≤5mg/m³
6. 设备材质：碳钢、不锈钢等
7. 外形尺寸：根据实际需求定制
8. 工作温度：常温至150℃（根据实际需求定制）
9. 工作压力：≤（根据实际需求定制）
10. 电机功率：根据实际需求定制
11. 设备寿命：≥10年（根据实际使用情况而定）
三、工作原理
多管旋风分离器采用旋风分离技术，通过高速旋转产生离心力，使气体中的颗粒物和杂质被分离出来。
设备内部设有多个小直径的旋风分离器，可对气体进行多次分离，提高分离效率。
同时，采用耐磨、耐腐蚀的材质，可延长设备的使用寿命。
四、操作维护
1. 定期检查设备运行情况，确保正常工作。
2. 定期清理设备内部的积灰和杂质，保持清洁。
3. 定期检查设备的密封件和连接件，如有损坏及时更换。
4. 严格按照操作规程进行操作，避免出现安全事故。
5. 定期对设备进行维护保养，延长设备的使用寿命。
气液旋流器旋流式分离器设计
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。
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天然气净化用旋风分离器气液分离性能吴小林;熊至宜;姬忠礼【摘要】为了系统评价天然气净化用旋风分离器在含液量低时的气液分离性能,利用滤膜采样称重法和Welas在线测量法测量了旋风分离器在入口气速8～24 m·s-1、入口液体浓度0.1～2 g·m-3时的分离效率和粒径分布;对比了相同入口浓度下旋风分离器气液分离性能和气固分离性能的异同.实验结果表明,在入口气速为8～24 m·s-1、入口液体浓度为0.1～2 g·m-3时,旋风分离器的气液分离效率随着入口气速和入口液体浓度的增加而增大,而出口粒径分布范围变化很小;与气固分离相比,在相同的入口气速和入口浓度下,旋风分离器的气液分离效率要高2%～6%;另外,气液分离时出口液滴粒径不大于4 μm,而气固分离时出口有大于10 μm固体颗粒存在.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2010(061)009【总页数】7页(P2430-2436)【关键词】旋风分离器;气液分离;分离效率;粒径分布【作者】吴小林;熊至宜;姬忠礼【作者单位】中国石油大学化工学院,北京102249;中国石油大学机电工程学院,北京,102249;中国石油大学机电工程学院,北京,102249【正文语种】中文【中图分类】TQ051.8+4Abstract：In order to evaluate the gas-liquid separation performance of cyclone separator for purification of natural gas at low liquid concentration,membrane filtration method and optical particle counter Welas 2000 were applied to measure the overall collections and droplet size distributions,respectively,with inlet velocities of 8—24 m·s-1and liquid concentrations of 0.1—2 g·m-3and under atmospheric pressure and room parisons of separation performance have been done between gas-liquid and gas-solid separation under the same inlet velocity and liquid/solid concentration.The results of experiments showed that the gas-liquid separation efficiencies increased with the increase of inlet velocity of 8—24 m·s-1and liquid concentration 0.1—2 g·m-3.The separation efficiencies of gas-liquid separation were 2%—6% higher than those of gas-solid separation under the same conditions.The droplets with the diameter size bigger t han 4μm could be removed clearly,however,there were particles with the diameter bigger than 10μm existed in cyclone separator outlet.Key words：cyclone separator;gas-liquid separation;separation efficiency;droplet size distribution天然气气质对压缩机组、输气管线和阀门等设备的正常运行有重要影响。
很多长输管线的上游气田具有凝析气田的特性,如作为西气东输气源的牙哈凝析气田和桑南凝析气田等。
凝析气是多元组分的气体混合物,以饱和烃组分为主。
一旦天然气中所含的重组分进入管道,随着温度和压力的变化,常伴随着凝析或反凝析现象。
由于管道内气速较高,一般气体中所析出的液体很难在管道形成稳定的连续液相,主要以微小液滴的形式夹带在气相中。
当天然气中存在凝析水和凝析油时,液滴和天然气中的氯离子以及湿气中的二氧化碳、硫化物等成分结合会导致压缩机叶片产生腐蚀,严重影响叶片的使用寿命,威胁压缩机的使用安全[1]。
另外,如果天然气中含有水滴和轻烃,会导致压缩机干气密封失效[2]和造成燃气系统调压器的堵塞[3]。
旋风分离器是天然气输气管线重要的净化设备,在分输站和压气站都利用多管旋风分离器除尘除液,因此旋风分离器除尘除液性能的好坏直接关系到后继设备的安全运行。
目前国内外对旋风分离器性能的研究主要集中在气固分离性能的研究上,而对旋风分离器的气液分离性能研究则相对较少。
Rosa等[4]对天然气分离高含液量的圆柱型旋风分离器的气液分离性能进行了测定,比较了液体黏性等参数对分离性能的影响。
Movafahian等[5]研究了油田采出液中分离天然气用管柱式旋流分离器(gas-liquid cylindrical cyclone,GLCC)的流动特性,测定了液体的黏性和表面张力对旋风分离器气液分离性能的影响。
Mohamed等[6]则测定了液体组成对GLCC分离性能的影响。
Ng[7]利用实验和数值模拟方法系统研究了直流式旋风分离器的气液分离性能,但是在测量时液体的最低浓度为800 g·m-3;Jacobsson等[8-9]研究了液体浓度在100～900 g·m-3范围内变化时,直流式旋风分离器入口气体流量变化与分离性能的关系。
测量固体颗粒粒径分布的方法较多[10-13],但是液滴具有易变形和可挥发等特点,因此相对固体颗粒而言对于液滴的测量要复杂得多。
旋风分离器的气液分离性能检测有两个关键问题：一是液滴的发生;二是液滴的检测。
由于液滴具有挥发性,而且较易发生团聚现象,因此发生符合实验要求的液滴具有一定难度。
目前,国内外学者多选用较难挥发的液体来进行气液性能测试,如癸二酸二辛酯[14-15]等液体;另外,一般利用滤膜采样称重法和在线检测法分别测量液滴的出口浓度和粒径分布[14]。
由上述可知,国内外对较低入口含液浓度时旋风分离器的气液分离性能研究还较少,本文针对天然气长输管道内经常出现轻烃和游离水析出的特点,探索出低含液量时旋风分离器气液分离性能的测定方法,初步研究入口气速和入口液体浓度对分离效率和出口粒径分布的影响。
1.1 材料实验以空气为介质,温度为室温,压力为大气压。
为模拟天然气中的轻烃和游离水,实验用液体为癸二酸二辛脂(DOS),20℃时密度为0.913 g· cm-3,黏度为20～30 mPa·s,是一种透明油状液体,挥发性较小。
1.2 实验装置与分析仪器图1为常压下旋风分离器气液分离性能测量的实验装置示意图,装置由液滴雾化部分、测量部分和实验对象部分三个部分组成。
实验采用离心式风机实现负压吸气操作,将雾化喷嘴产生的雾化液滴吸入装置,直径较大的液滴在旋风分离器内部被分离下来,另外一部分随着气体从排气管逃逸。
液滴雾化部分由空气压缩机、压缩空气缓冲罐、压缩空气过滤器、稳压阀、空气流量计、空气压力表、加液罐、液体流量计和雾化喷嘴等组成,雾化部分流程如图2所示。
空气压缩机产生压缩空气,通过气体缓冲罐以保持压力稳定,然后经过空气过滤器除去压缩空气中的液滴和固体颗粒等杂质。
清洁的压缩空气分为两路：一路为液体储罐提供压力;一路直接与雾化喷嘴相连。
气体和液体的流量通过转子流量计进行控制。
一定压力和流量的气体和液体在喷嘴处混合产生雾化液滴。
通过调节进入喷嘴的压缩空气和液体的流量和压力可以得到不同粒径分布的液滴群。
实验中主要测量参数有旋风分离器的入口气速、进出口液滴的浓度和粒径分布。
旋风分离器的入口气速由皮托管来测量,进口液滴浓度由液滴雾化系统可以确定,但是旋风分离器的进口液滴的粒径分布难以测量,由于从雾化喷嘴出口到旋风分离器入口有一段距离,因此从雾化喷嘴出来的液滴粒径分布与旋风分离器入口处的分布不一样。
旋风分离器出口液滴浓度可采用两种方法进行测量,相互印证,从而提高测量精度。
根据等动采样原理对旋风分离器出口气体进行采样,一种方法是被采样气体通过高精度玻璃纤维滤膜 (对0.3μm粒子的过滤效率大于99.97%),然后采用精度为0.1 mg天平称量滤膜增重,计算出旋风分离器的出口浓度;另一种方法是被采样气体通过光学粒子计数器Welas 2000,测量出旋风分离器出口气体中液滴的浓度和粒径分布。
德国Palas公司生产的Welas 2000气溶胶粒径谱仪用于测量旋风分离器进口颗粒的浓度及粒径分布,主要由控制器与颗粒测量传感器组成,采用光散射原理实现对气溶胶浓度与粒径分布的测量,欧洲各国广泛将其用于过滤介质与分离设备效率的检测。
Welas 2000对所测量颗粒的光学特性较为敏感。
使用中一般采用标准聚苯乙烯小球 (折射率为1.59)对Welas 2000进行标定,但当被测颗粒折射率与聚苯乙烯折射率相差较大时,直接测量的结果会产生较大误差,需要对测量结果进行修正。
实验选用的实验液体DOS的折射率为1.45,与标定物质聚苯乙烯小球的折射率1.59差别较大。
折射率不同时光散射强度与粒径的关系会发生改变,因此需要对Welas 2000的测量结果进行修正,具体修正方法见文献 [14,16]。
以轴向旋风分离器作为实验对象,共有8个导向叶片,其结构示意图如图3所示。
轴向旋风分离器的导流叶片把轴向气流改变为旋转气流,当空气雾化喷嘴雾化的气液混合气以较高的速度进入轴向旋风分离器时,气流中的液体颗粒跟随气体做离心运动因碰到分离器的内壁而被分离。
气体向下旋转运动形成外旋流,到锥体段后改变方向,形成内旋流旋转向上运动,被净化的空气经过轴向旋风分离器的芯管逃逸出旋风分离器。
为系统评价天然气净化用旋风分离器在含液量低时的气液分离效率,实验测量了入口气速在8～24 m·s-1和入口液体浓度在0.1～2 g·m-3时旋风分离器的气液分离效率和出口粒径的分布规律,并与气固分离性能进行对比。
2.1 旋风分离器气液分离效率图4给出了利用滤膜采样称重法测量得到的旋风分离器气液分离效率随入口液体浓度变化的规律。