20xx氣液旋流器：，三維設計，cad裝配圖零件圖(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 試 好 , 就可自動、穩定地工作。 旋流式氣液分離器有以上優點，但也有如下缺點 : ① 由于旋流器內流體的流動產生一定的剪切作用，如果參數設計不當，容易將液滴 (油滴或水滴 ) 打碎乳化而惡化分離過程； ② 通用性較差。不同的分離要求、不同的處理物料的性質往往需要不同結構尺寸或操作條件的旋流器，因此旋流器往往不能互換使用。在欠平衡鉆井中，使用旋流式氣液分離器分離鉆井液中的氣體，能充分 發揮該離器優點，同時又能有效的避免它的缺點。因此，旋流式氣液分離用于分離鉆中的氣體具有廣闊前景。 研究任務目標與研究方法 9 第 2 章 氣液分離器 工藝流程分析 氣液分離裝置主要結構與工作原理 旋流分離器，是一種利用離心沉降原理將非均相混合物中具有不同密度的相分離的機械分離設備。旋流分離器的基本構造為 一個分離腔、一到兩個入口和兩個出口。分離腔主要有圓柱形、圓錐形、柱 錐形三種基本形式。入口有單入口和多入口幾種，但在實踐中，一般只有單入口和雙入口兩種。就入口與分離腔的連接形式來分，入口又有切向入口和漸開線入口兩種。出口一般為兩個，而且多為軸向出口，分布在旋流分離器的兩端。靠近進料端的為溢流口，遠離進料端的為底流口。在具有密度差的混合物以一定的方式及速度從入口進入旋流分離器后 ,在離心力場的作用下 ,密度大的相被甩向四周 ,并順著壁面向下運動 ,作為底流排出；密度小的相向中間遷移，并向上運動，最后作為溢流排出。這樣 就達到了分離的目的。旋流分離技術可用于液液分離、氣液分離、固液分離、氣固分離等。本文設計的旋流分離器用于石油鉆井中鉆井液的氣液分離。 實驗 的 主要步驟 10 ,并按照技術要求進行檢驗 并連接到試驗臺上。 ,不添加水 ,連接后逐漸增壓至 0. 9 MPa ,并保持 10 min 左右 ,若運轉正常 ,再檢驗試驗裝置是否漏氣。 ,通氣吹掃管道 ,清理管道內部存留的雜質 ,約 3 h 。 、液混合 2 相流進行分離試驗 ,測量并記錄相關試驗數據 ,如表 1 。試驗中含水量測量為相對質量測量 ,即每單位質量混合氣體中所含水分的質量分數。 第 三 章 氣液分離設備主參數確定 氣液旋流分離技術作為一種結構簡單、新型、高效、緊湊的氣液分離技術 ,具有阻力小 ,耗能少 ,分離效率高等優點 ,已成為工業新型氣液分離技術的熱點。正成為石油、天然氣開采工業井口、井下油氣 分離的重要設備 ,并被廣泛應用于壓縮空氣中的油水分離、航空宇宙中的氦氣分離、生物發酵以及食品工業的尾氣處理、工業廢氣的凈化處理、化工生產以及環境工程中的氣液分離等工藝中 ,顯示了良好的工程應用前景。隨著現代流場測定技術、氣液兩相流體力學、計算流體動力學 (CFD)和計算機科學的發展 ,人們將逐步弄清氣液旋流場的流動、碰撞、團 11 聚和破碎機理 ,并能用計算機準確模擬其流場分布。這將為不斷拓展氣液旋流分離技術的工程應用 ,開發高效、低能耗的氣液旋流器產品 ,進一步規范優化氣液旋流分離器結構提供理論基礎。 經過參考對比后本次設計決 定根據以往設計經驗進行總結和優化，通過結構優化完善設計，下圖是選取的參開設計模型。 入口結構 1. 入口區 氣液分離 區間結構 旋流氣液分離器由入口區 (段 )、入口分流區、漩渦區、氣泡區、液滴區、氣相和液相出口配管等部分組成 。 由于 氣液 旋流分離器主要依靠旋流產生的離心力實現氣液的高效分離 ,而入口結構決定了分離器的入口氣液相分布及氣液相切向入口速度的大小。因此入口結構是影響旋流分離器分離特性的關鍵因素之一。 氣液相流速的不同 ,油 、氣兩相或油、氣、水多相流在入口管和噴嘴內可能呈現分層流、段塞流、分散氣泡流或環狀流等多種流型。 入口分流區即與入口槽連接的筒體部分 )。氣液相經入口槽進入入口分流區實現氣液的初步分離 ,上部的氣相、下部的液相分別沿筒壁旋轉形成旋流場。 經初步分離的液相以切向速度沿筒壁旋轉形成強制旋流。除壁面附近 ,該旋 12 流可看作剛體轉動 分離器上部 ,氣相為連續相 ,液滴分散其中 ,稱液滴區 。下部 ,液相為連續相 ,氣泡分散其中 ,稱氣泡區。連續相做渦旋運動 ,由于氣液相密度差 ,分散相粒子 (氣泡 或液滴 )與連續相間存在滑脫。研究分散相粒子的運動軌跡 ,可以分析分離特性。 1 .氣泡軌跡分析 在漩渦區 ,較大直徑的氣泡容易被擄獲分出 ,因此氣泡軌跡的研究區域是從漩渦底部開始的渦流區。實現氣泡分離的必要條件是壁面處氣泡運動至中心氣核的時間應少于氣泡隨連續相 — 液相流出分離器的時間。 2 .液滴軌跡分析 經過入口分流區初步分離后的旋轉氣流攜帶液滴進入分離器上部的液滴區 ,與氣泡區不同的是 ,由于分散粒子液滴的密度大于連續相氣相密度 ,液滴被甩向器壁。液滴能夠分出的必要條件是分離器中心處的液滴到達器壁的時間應短于液滴隨 旋轉氣流流出分離器的時間。到達器壁的液滴 ,在旋轉氣流的作用下 ,將在器壁上形成螺旋狀薄層液流沿器壁向下流動分出 ,完成氣液分離。 3 .連續相旋流特性 分離器內連續相旋流場分布對氣液分離至關重要。連續相切向速度 ct? 、徑向速度 cr? 和軸向速度 cz? 構成了旋流場。由于粘性耗散和壁面摩擦阻力的作用 ,切向速度沿軸向逐漸減小 ,采用旋流強度表征旋流場的衰減特性。旋流強度 ? 定義為在某一高度截面上連續相切向動量通量與總軸向動量通量的比。 徑向流速通常較切向流速和軸向流速低二個數量級 ,對氣液分離效率的影響非常小 ,因此忽略徑向速度。沿旋轉半徑方向上 ,切向速度的變化非常顯著 ,按照其不同變化規律 ,可以將旋流分成兩個旋轉區域 :近壁面處的自由渦旋區和中心強制渦旋區。忽略壁面附近的自由渦旋區 ,將旋流場視為強制渦旋運動 ,切向流速近似呈線性分布 。將軸向流動視為勻速運動 ,軸向流速等于平均流速。 氣液相流速的不同 ,油氣兩相或油氣水多相流 在入口管內可能呈現分層流、段塞流、分散氣泡流或環狀流等多種流型。分離器采用的入口結構通常為垂直于筒體的結構 (目前很多分離器采用的分氣包亦為類似結構 ),采用垂直結構的管柱式旋流分離器 13 入口直徑的選取是為了保證入口管內呈現分層流 ,入口管直徑根據Taitelamp。Duker 模型確定。 由分流層轉變為斷續流或環狀流的判別式 : 1)])(~~[(222 ?llgg dhdAAcUF （ 59） 式中： 2/1)(c os~glgsggdUF ?? ?? ?? Dhc l??12 2)12(1~~ ??? lll hhdAd gg AU ~/4~ ?? ])1~2(1)1~2()1~2([c ~ 212 ??????? ? lllgg hhhDAA Dhh ll?~ 式中 D 為入口管直徑， lh 為管內橫截面上液面離管底的高度， Ag 為管內氣相所 占的橫截面積。 D 和 lh 作為迭代量，直至準則方程左端小于 1， D 即為滿 足分層流條件最小入口直徑。 對判別式變形得 : 1)~1()1~2(1c o s)( 4222 ?????llglgg hhDgU ???? ? （ 60） 已知 3/ mkgg ?? 33 / mkgl ??? smUg /6? kgNg /? .27?? 代入上式得 : 223)~1()1~2(llh hD ? ???? ? （ 61） 故計算求得最小直徑 : D=40mm 入口槽選型 ,根據分離器工藝設計分析入口槽選用 方形 同時入口噴嘴的截面積的確定保證入口液相流速 綜合考慮本設計分離器的結構，最后確定為 雙 進口。 大小錐段 單純的氣液分離并不涉及溫度和壓力的關系，而是對高速氣流（相對概念）夾帶的液體進行攔截、吸收等從而實習分離，旋流擋板等在導流的同時，為液體的附著提供憑借，就好像空氣中的灰塵要有物體憑借才能停留下來一樣。而不同分離器在設計時，還優化了分離性能，如改變溫度、壓力、流 速等 14 利用氣液比重不同，在一個突然擴大的容器中，流速降低后，在主流體轉向的過程中，氣相中細微的液滴下沉而與氣體分離，或利用旋風分離器，氣相中細微的液滴被進口高速氣流甩到器壁上，碰撞后失去動能而與轉向氣體分離。 大小錐段在其中的作用主要是改變旋流器內部的空間大小，利用密度差吸附周邊的液滴來進行導向和收集，并最終達到蓄液器，本次選擇的錐度可以根據經驗初步設定為小錐度為 5，大錐度為 20 溢流口 溢流口是氣液混合空氣進入后在旋流清 理后，去除水分的氣體由于密度較輕，緩慢沿著內部旋流內腔臂側上升到頂部通過溢流孔流出。溢流孔的直徑為（ ） D，這里的取值溢流管內孔孔徑為 4mm，外徑為 10mm，以保證合理的輸出速度。 15 底流管 底流管有稱為尾流管，內孔孔徑的大小直接影響到清理后液體的流量，而管徑的大小影響到尾流管的壁厚大小對整體的強度有較大影響。按照經驗設計，尾流管的直徑一般與旋流主體直徑的尺寸關系為（ 1530） D，本次設計我們選取的內孔直徑為 ，外側外徑為 旋流腔 氣液旋流器的旋流腔體是混合空氣進入后主要的直接承載結構，在這里混合氣體在高速的旋流作用下進行了由于密度不同的額分離動作。 腔體的直徑計算公式 kntv4π qlD? ， 經過計算后 D 為 70mm 旋流單體結構參數優化 與計算 已知日處理液量為： smhm /??? 日處理液量為： smhm /??? 分離器直徑的選取 避免氣相中夾帶液體，計算過程中以氣相這算速度來表示，這算的速度不能大于氣流中出現的液滴時的臨界速度。經過研究發現，為了保持液相入口的切向流速knsv 和液相的流速 tv 其中 knsv ，得出分離器的直徑為： knt?? ???? ???? ??ππ qlD ， 經 過 圓 整后 取 值D=70mm 根據經驗公式可知： 16 入口結構參數 分離追角度 尾管長度（ mm） 溢流管直徑（ mm） 旋流腔長度（ mm） 備注 當量直徑 渦線方程 大錐角 小錐角 ?πDp ? 1922 （ 1530） D （ 0） D （ ） D D 為主直徑 合理的旋流器單體結構參數為： 大錐角 α1=20176。，小錐角 α2=5176。 尾管長度 =140 尾管直徑 = 小錐段長度 =150mm 小錐段大直徑 = 旋流腔長度 =80mm 溢流管直徑 =4mm 入口最小界面接