柱状分离器结构改进及实验研究.pdf

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1、第41卷第5期化工机械557柱状分离器结构改进及实验研究周云龙‘倪志勇(东北电力大学)摘要分析了柱状气液分离器(GLcC)内气液两相的分离过程。针对GLcC液相带气问题改进分离器结构，安装了稳流器并采用切向底流出口。实验对比传统结构和改进结构分离器分离性能，改变稳流器的直径和高度，得到不同操作参数下的压降和效率曲线。研究表明：改进结构后压降基本不变，分离效率得到明显提高。当稳流器的直径D=18mm、高度日=80mm时分离效率达到最大值96％。关键词气液分离器液相带气稳流器切向底流口压降分离效率中图分类号TQ051．8文献标识码A文章编号0254石094(201

2、4)05_0557m5石油化工行业主要使用容积式气液分离器处理油气混合物。经过几十年的应用，该分离技术已经先进且成熟。但是，容积式分离器体积庞大、沉重而且制造和运行费用昂贵。随着海上油气田的开发和利用，人们需要结构更紧凑的设备以节省海上平台的空间和投资。柱状气液分离器(Gas—LiquidCylin“calCyclone，GLCC)结构简单，没有复杂的结构和可动部件，其主体由竖直管和位于分离器中上部的下倾切向人口管组成，两个出口管分别安装在分离器的顶部和底部。切向入口为气液混合物提供了旋流运动，离心力大幅提升了气液的分离效果，气相由上部的溢流口排出，液相汇集后

3、经底流口流出⋯。工业中用气相带液和液相带气来界定GLCC的高效运行范围。气相中出现液相表明产生了气相带液；液相中出现气相表明发生了液相带气旧J。即使分离器处于正常的操作参数下，液相带气现象仍削弱了分离效率。为了改善GLCC的分离性能，减少液相带气的影响，笔者在分析GL—CC分离过程的基础上改进结构，并通过实验研究新结构在不同操作参数下的压降和分离效率的变化规律。1GLCC的分离过程GLCC的分离过程如图l所示。在重力的作用下，当气液混合相进入分离器时由于膨胀实现了初步的分离，液相携带气泡向分离器下部运动，气相占据了分离器上部空间。人口气液两相流的波动被削弱，分

4、离过程开始平稳。·三q夕I，：I_1冒蠢——一_，图1分离过程示意图在分离器上部，液滴在离心力作用下被甩向分离器壁面，汇集成了液膜。由于液膜厚度与液滴粒径相比很微小，气相很难迫使其上升到顶部出口，液膜在重力的作用向下汇入漩涡中。然而，当气相速度超过了分离器的临界气速时，液滴就会被气流携带离开分离器，产生气相带液现象。即使在正常的运行条件下，仍然可观察到人口上部出现一定量的环状液膜。该环状液膜一部分是t周云龙，男，1960年2月生，教授。吉林省吉林市，132012。558化工机械2014年由于气液两相流喷射到分离器壁面液相向上攀升产生的，另一部分由在离心场作用下

5、运动到壁面的液滴构成¨。。分离器入口上方的液量和液膜厚度将随着液相流速的提高而增加，该部分液膜被称为上旋液膜。当入口混合相速度过大时，漩涡就会上升到分离器人口上部。入口切向速度被削弱，甚至会影响到气相的旋转上升运动。进入分离器的气相被迫穿过漩涡导致液体的飞溅，造成早期的气相带液。为了改善分离器的性能，采用下倾27。的人口切向管，下倾入口促使两相流在人口中形成分层流达到预分离的目的，同时，液流被导向分离器下部，避免其阻碍气相向分离器上部的上升运动H1，这种人口结构明显减少了气相夹带。在分离器下部，当旋流强度足够大时，气液两相流旋转产生抛物线形的气液分界面。分离器

6、人口下部液膜顺着分离器壁面螺旋运动到漩涡处，称为下旋液膜。大粒径的气泡在浮力的作用下迅速运动到自由界面实现分离；小粒径的气泡随液相向下运动的同时沿径向被推向漩涡中心，气泡聚集融合成气核，这些气泡本应上升到气液分界面从液相中分离出来。然而，仍有部分气泡因不能及时分离出来而随液相排出分离器，造成液相带气。2结构改进研究表明分离器下部的流动状态是非常复杂的。导致液相带气的原因有3个”1：小粒径的气泡径向运动距离不足，不能移动到中心气核而被液相携带离开分离器；气核延伸到分离器底流出口处随液相排出分离器；旋转液流的不稳定性使得在底流出口处搅动气核使之破碎。随着旋流强度的

7、增大，绝大部分气泡均能运动到中心气核。与此同时，气核延伸到底流出口处，气核搅动破碎加剧。为了减少液相带气，提高分离效率，在分离器底部增设稳流器。稳流器对气相施加向上的托举力，同时可以稳定液流，避免气核在底流出口处破裂释放出气泡。此外，采用切向底流出口，维持流体在底流出口处的旋流运动，强化分离效果的同时减弱底流出口处的液相扰动而降低压力损失¨。。分离器的改进结构和传统结构示意图如图2所示。管a．改进结构b．传统结构管图2分离器改进结构和传统结构示意图3实验实验以常温下的水一空气混合物为实验工质。水的密度为998．2kg／m3，动力粘度为1．009mPa·s；空气

8、密度为1．225kg／m3，动力粘度为