机械5

目录 柱式气液旋流分离器设计1 绪论3 欠平衡钻井技术的发展现状和前景3 1、设计背景7 1.1选择气液旋流分离器的意义7 1.2气液旋流分离器的国内外研究现状7 2、方案论证9 2.1旋流式气液分离方案的可行性9 2.2旋流式分离器的结构及工作原理9 2.3旋流式分离器的优缺点10 3、结构分析及设计10 3.1入口设计分析10 3.1.1入口管分析11 3.1.2入口喷嘴分析11 3.1.3双入口分析12 3.2主体结构设计分析12 3.2.1入口位置12 3.2.2最佳外形比12 3.2.3旋流体锥度12 3.3出口管设计分析13 4、柱式气液旋流分离器参数设计13 4.1计算分离器直径13 4.2分离器的高度计算14 4.2.1确定上半部分的高度14 4.2.2计算入口分流区的高度14 4.2.3计算旋涡区的高度14 4.2.4气泡轴向距离计算14 4.3分离能力计算16 ①径向方向上16 ②竖直方向上17 4.4液面高度的确定17 4.4.1气室压力p1的确定17 4.4.2液面高度Z2的确定19 4.5入口管的设计计算20 4.6筒体强度设计22 4.6.1设计参数22 4.6.2筒体厚度设计22 4.7法兰的校核计算23 4.7.1排气管法兰校核计算23 4.7.2排液管管法兰校核计算26 5、气液两相流场的数值模拟29 5.1数值计算方法简介29 5.1.1控制方程30 5.1.2湍流模型31 5.1.3多相流模型32 5.1.4数值计算方法34 5.1.5边界条件的处理35 5.2计算前处理35 参考文献36 3.2主体结构设计分析 3.2.1入口位置 对于没有液位控制的GLCC,将入口段定位于靠近液面的上方是至关重要的。最新的许多试验都表明,单入口GLCC的最佳液面大约在距离入口下方1～3L/d处。过低的液面,如距离入口处远大于3L/d,会导致切向入口速度的过度衰减,影响GLCC的性能。如果液面高于入口,气体会通过液体而溢出,造成更多液体的携带。 3.2.2最佳外形比 外形比是指GLCC的长径比。GLCC的尺寸影响其性能及造价。对于一个给定的直径,GLCC中入口上方的长度提供了液流扰动的容量,而入口下方的长度则决定了用于从液体中分离气泡的存留时间。另外,离心力和浮力的大小与直径成反比,切向速度衰减与长度成正比。由于这一现象的复杂性,最近才刚刚提出了一套决定最佳外形比的基本标准。 3.2.3旋流体锥度 针对反锥型、正锥型和圆柱型旋流体进行的研究表明,对于气/液分离,圆柱型旋流体要稍优于反锥型和正锥型结构。 3.3出口管设计分析 气液相出口管线的配置可根据气液相流量、配置仪表的要求确定。建议气相出口流速取3～30ｍ/ｓ,液相出口流速取1.2～12ｍ/ｓ。容器内平衡液位应低于入口0 .3ｍ,分离气液相的汇合点一般低于入口点0.3~0.5ｍ,以保持正的静水压头。若分离器配置控制系统,汇合点位置可以高于入口。