流体物性对管柱式气液分离器性能影响的研究

作     者：陈晓慧 

作者单位：中国石油大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：陈建义

授予年度：2018年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：管柱式气液分离器 流体物性 溢流压降 液相分离效率 相似理论 

摘      要：新一代水下生产系统紧凑型布局理念给应用于其中的气液分离器提出了更加苛刻的要求。管柱式气液分离器（简称GLCC）因其独特的优势在深海富气田开采领域具有应用前景。前人对GLCC的研究大多着眼于液体携带起始点之前的情况,且缺少针对完全分离型GLCC的研究。本文的研究对象是气液相出口管不发生汇合的完全分离型GLCC,以液相介质对分离器性能影响作为切入点,通过实验的手段研究了GLCC各段流型分布、溢流压降、LCO起始点曲线和液相分离效率。将相似理论融入到实验数据的分析中,来探索GLCC气液两相流的运动特性,进一步完善用于预测分离性能的经验模型,主要研究成果如下:（1）通过量纲分析得到了表征溢流压降的准数关系式为Eug=f（Rel,Reg,Frg,KA,D/dg,KF）。该关系式囊括了液量、气量、渐缩喷嘴尺寸、溢流管直径以及液体物性等影响因素,可以更加全面地反映溢流压降,具有较高的计算精度。（2）运用方程分析法获得了影响GLCC液体携带过程的无量纲数,并结合学者们对液滴破碎过程的研究结论,对原始准则数进行了加工。绘制了以无量纲表观气速Nvg和无量纲表观液速Nvl为坐标的LCO起始点曲线,并根据三种不同浓度甘油溶液的实验数据,建立了LCO起始点曲线的函数方程。（3）将液相分离效率转化为液体携带率,通过类比竖直管环状流的液体携带问题,引入无量纲数S(S=We0.5Rρ0.6)来反映液体携带率的变化规律,并采用双曲正切函数来描绘携带率曲线。分别得到了环状流和搅混流机制下的液体携带率经验关系式,这两个公式预测的分离效率与实验值的相对误差分别落在±0.5%和±1%范围内,精度满足工程设计要求。