CFD技术在油气分离器选型和设计中的应用

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1、第47卷第4期化工没备与管道Vo1．47No．42010年8月PROCESSEQUIPMENT＆PIPIN(,Aug．2010·单元设备·一m一H一～dm～一～．l～h～㈣二—n一-～d栅一㈨雪一一～．b～一㈣ve～一．_～⋯量～一_一∞己羔¨一_～一㈨_兰一0¨r一～“．～h饽一～l上一CFD技术在油气分离器选型和设计中的应用蒋国(中国化集团卜海上程有限公司，上海200120)摘要：利用CFD数值模拟方法，气相采用RNGK一8湍流模型，油滴相采用随机轨道模型，对油气两相流在一次油份内的流动分布进行研究，分析油滴在分离器内的运动轨迹及分离机理．．计算结果表明：油气分离器的长径比越大其分离效果越

2、好；当入口速度较大时，增大分离器容积可提高分离效率；当入口速度较慢时，即使增大容积其分离效果也不会得到明显的改善；分离器入口速度越大分离效果越理想在工程应用中，利用以上分析结论进行选型和尺寸设计的油气分离器可以满足实际要求，并取得理想的分离效果，同时验证了采用的方法切实可行。关键词：油气分离器；CFD；DPM模型；油滴轨迹一～中图分类号：TQ050．2文献标识码：A文章编号：1009～328l(2010)04—0013-05．ApplicationofCFDTechniqueinDesignandSelectionofOilandGasSeparatorJIANGGuo(SINOPECShan

3、ghaiEngineeringCo．，cf，Shanghai200120，Chnn)一～一一～一一一一一一一一一⋯出．重一膜的导热系数很小，如同附在管壁上一层绝热层，这1概述样会使系统中热交换器的传热效果大大降低，从而在喷油螺杆压缩机中，润滑油对压缩机的性能降低了制冷效率。另一方面，大量的润滑油滞留在影响很大，具有冷却、润滑和密封的功能。为满足后热交换器中，会导致回油量不足，影响到压缩机的润续工艺的要求，同时为保证润滑油的循环利用，介质滑功能，从而使压缩机寿命降低，甚至会因失油而烧气被压缩后通常需要进行油气分离。而油气分离的毁。为此，对制冷剂中夹杂的润滑油必须在进入系效果往往会影响到整个工艺系

4、统的效率，如：在螺杆统前进行分离。油气分离器通常设置于压缩机与冷制冷循环系统中，螺杆压缩机是关键部件之一。压凝器之问，其作用就是要在制冷剂进入系统之前将缩机中由于在压缩过程中喷入了大量的润滑油，制润滑油进行分离。油气分离器的分油效率决定了进冷剂蒸气与油的混合物将一起从压缩机排出。若收稿日期：2010-07-07气、油混合物进入冷凝器和蒸发器等热交换器，由于作者简介：蒋国(1965一)，男，江苏丹阳人，主任工程师，高级工程油不会蒸发，就会在热交换器的管壁上结成油膜，油师。主要从事化工机械工程设计。·14·化工设备与管道第47卷第4期人系统的制冷剂的含油量。另外，还有一些对空气+羔()=o(i=l

5、，2，3)(1)品质要求苛刻的场合，对于喷油螺杆压缩机后续的动量方程油气分离的要求也相当高。为提高油气分离器的分油效率，其合理的结构设计得到越来越多的重视。景()+()分离器结构形式多种多样，目前尚未形成统一的设计标准，设计或选型主要依靠经验数据，具有较=一赛+毒[fOxj+一2O—xI!]+强的主观性，往往达不到最佳分离效果，要提高油气分离器的分离效果，改进结构和优化尺寸，必须深入羔(一PMM)+Pg+(，2，3)(2)研究油气分离器一次油份内的湍流流场和油滴运动方程(1)和方程(2)为雷诺平均Navier—Stokes规律。目前，针对油气分离器内流动分布的研究主方程，它与瞬态雷诺方程有相同

6、的形式，式中雷诺要集中在油滴颗粒的尺寸和位置变化对分离效果的应力：影响，而关于油气分离器的结构尺寸对分离效果影一p(【+)广一响的文献很少¨』。油气分离器为高压金属容器，用流动显示实验研究其内部流场既不经济，研究周(p五)：l，2'3)(3)期又长，所以本文利用CFD数值模拟方法，对油气湍流动能方程两相流在一次油份内的流动分布进行详细研究。分析油滴在分离器内的运动轨迹及分离机理，比较不Ot十O=x．毒axL。rr嘲，ax，J+同长径比、容积和人口速度对油气分离器分离效果Gk—Gl一P一】，M+Sk(4)的影响，为油气分离器的制造和设计提供依据。扩散方程s2数学模型Ot+a=蠹Ox．【L(＼+。

7、cCGI"}1OxjJ1+油气分离器内的流动属于气液两相流动。两相流中各相在空间和时问上随机扩散，同时存在动态C}(G+C3eG)一czp}+S(5)的相互作用。目前的数值模拟对两相流中的各相通方程中G表示由层流速度而产生的湍流动能；常有两种处理方法：一是将某相看成连续相，根据连G是由浮力产生的湍流动能；，，M是由于在可压缩续性理论导出欧拉型基本方程，称为欧拉方法；二是湍流中过度的扩散产生的波动；