气液分离器入口管内液塞耗散规律研究

《气液分离器入口管内液塞耗散规律研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要气液分离器由于分离空间有限，对气液流量的波动比较敏感，尤其在入口流型为段塞流的条件下，狭小的分离空间缓冲与捕集能力不足，导致气液分离器的分离性能和结构稳定性都会大大降低，这也成为了阻碍其工业应用范围扩大的主要因素。因此，提高气液分离器在恶劣流型条件下的分离性能是目前亟待解决的问题，这需要对分离器入口管作进一步改进，对不利流型进行强制转化，使分离器始终在可处理的流型范围内工作。本文对气液分离器的现有入口管结构形式进行分析总结，提出具有液塞耗散功能的入口管的基本形式，研究该类型管道内的气液两相流动特性及液塞运动规律，分析了弯管、扩径管等管件对液塞长度、液

2、塞速度、液塞动量的影响机制，考察了入口液塞特性与螺旋管结构参数对液塞耗散的影响规律，考虑下倾管中液塞头尾速度的瞬变特性，建立液塞下倾耗散的非稳态模型。采用分离器入口管进行液塞耗散的方法，不增加系统复杂性，在扩展分离器工况范围的同时保持其结构紧凑性，这对促进气液分离器在海洋油气田开发中的应用具有重要意义。本文的主要研究结论如下：改进了现有的电导探针参比方法，提出了动态自参比方法，消除了双平行电导探针因液塞冲击产生的轻微变形对持液率测量结果的影响。根据持液率信号测得的液塞头、尾速度，分析液塞在组合立管内的实际运动规律，提出了适合本试验系统的液塞长度计算方法，

3、组合立管水平入口段与水平出口段的液塞长度采用分段计算法，垂直立管段的液塞长度采用平均速度法，两种计算方法适用于高速塞状流型和全部段塞流型，增加扩径管后，水平出口段液塞长度计算方法需采用平均速度方法。水平来流管线中的不同流型通过组合立管时，分层流的流型特征发生改变，环状流的流型特征及间歇流的脉动特性保持不变，但间歇流的液膜区在垂直立管段转变为振荡液膜，增加扩径管后，开始出现间歇流向分层流的演化，该演化过程对应的入口气液流速范围随扩径比增大而增大，间歇流的液塞在水平出口段转变为高液位液膜。在间歇流条件下，垂直立管段内振荡液膜的形成符合淹没机理，液塞通过水平-

4、垂直90°弯管时，液塞头部推动并卷吸下游液膜，导致液塞长度增加；液塞通过垂直-水平90°弯管时，受气液分层及气流冲击作用的影响，液塞尾部发生脱落，导致液塞长度减小。组合立管内的液塞长度分布符合正态分布，与水平入口段相比，垂直立管段与水平出口段液塞长度的集中度降低；水平-垂直90°弯管内的液塞吸收长度，以及垂直-水平90°弯管内的液塞脱落长度，均随弯管上游液塞速度VSFU的增大而减小，增加扩径管后，i两个弯管上下游液塞长度比的实验值大于或等于通径条件下的等体积转化值。水平-垂直90°弯管与垂直-水平90°弯管上下游液塞速度分别符合指数关系与对数关系，增加扩

5、径管后，两种关系相应转变为线性关系与多项式关系。水平-垂直90°弯管上下游液塞动量比随折算气速增大先大幅增大后缓慢减小并趋于稳定，垂直-水平90°弯管上下游液塞动量比随折算气速增大先大幅减小后趋于稳定。组合立管内的液塞频率变化仅出现在垂直-水平90°弯管上下游，气相流速和扩径比是影响液塞频率比的主要因素，而液相流速与扩径位置的影响不大。通径条件下，组合立管对液塞长度、液塞速度及液塞动量均有“增大”作用，通过设置扩径管结构，可有效改善组合立管出口对分离器入口管的不利影响。螺旋管液塞耗散率随入口液塞速度、液塞频率的增大而减小，随螺旋倾角的增大而增大，随螺旋直

6、径的变化关系与入口液塞速度有关。液塞耗散距离的模型计算结果与试验结果的规律一致，但由于模型没有考虑相邻液塞的影响，导致计算值小于实验值。关键词：组合立管，螺旋管，液塞，耗散，数学模型iiStudyofSlugDissipationinInletPipeofGas-LiquidSeparatorWangLiman（Oil&GasStorage&TransportationEngineering）DirectedbyProf.HeLiminAbstractThegas-liquidseparatorissensitivetothegas-liquidflow

7、ratefluctuationduetotheinnerlimitedspace.Whentheslugflowisformedintheinletpipeofgas-liquidseparator,thenarrowseparationspaceofgas-liquidseparatorcan’tcatchtheliquidslug,andtheseparationperformanceandstructuralstabilitywillbegreatlyreduced.Ithasalsobeenthemainobstaclestoexpandingt

8、hegas-liquidseparatorindustrialapplicati