[发明专利]一种柱状气液旋流分离器入口整流装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效的柱状气液旋流分离器入口整流装置，属于气液旋流分离器与多相流动技术领域。

背景技术

柱状气液旋流分离器(Gas-Liquid Cylindrical Cyclone，简称GLCC)结构简单紧凑、能耗低、质量轻、维护方便、便于建造与安装，近年来得到了广泛应用。通用的GLCC入口结构为气液混合来流经过立管（立管上有扩径）之后经下倾管切向进入气液柱状旋流分离器，GLCC入口结构决定了分离器的入口气液相分布及气液相切向入口速度的大小，是影响GLCC分离特性的关键因素之一。由于气液相流速的不同，多相流体在入口管内可能呈现分层流、段塞流、环装液雾流等多种流型。Kouba[Kouba G. E. , Shoham O. , Shirazi S. . Design and Performance of Gas-Liquid Cyclone Separators[C]. Proc., the BHR Group 7th International Meeting on Multiphase Flow, Cannes, France: June 7-9, 1995.]实验研究表明，入口管向下倾斜有利于分层流的形成，在很大程度上改善气液分离效果，扩展柱状气液旋流分离器的适用范围，实验表明垂直结构入口的GLCC高效运行范围大约是入口结构为倾斜结构的一半。值得提出的是，Mathiravedu[Mathiravedu R. S. . Control System Development and Performance Evaluation of LLCC Separators[D]. Tulsa, Oklahoma. The University of Tulsa, 2001.]通过实验证明，对于柱状液液旋流分离器（LLCC），水平入口对应分离性能要优于倾斜入口。Gomez & Mohan[Gomez L. , Mohan R. , Shoham O. et al. Aspect Ratio Modeling and Design procedure for GLCC Compact Separators[J]. ASME Transactions, Journal of Energy Resources Technology, 1999, 121(1).]认为向下倾斜的入口结构使得经过初步分离的液相在入口下方旋转一周后形成旋流场，避免了气相上升运动的干扰，水平入口的GLCC起泡现象更为严重，同时液滴沉降区的液环明显增多，入口管的下倾角度在25°~30°之间为宜。Kouba[Kouba G. E. &O. Shoham. An Update of Gas-Liquid Cylindrical Cyclone(GLCC) Technology[R]. IBC Conference, Houston, Texas, 1997.]通过观察认为最佳入口下倾倾角度约为27°，管长宜取1.0~1.5m，应注意，增加入口管长度有利于工况的稳定，但受安装空间的限制。GLCC的入口管一般采用下倾直管的形式，螺旋下倾管的应用较少[C. Deuel & Y. D. Chin. Field Validation and Learning of the Parque das Conchas (BC-10) Subsea Processing System and Flow Assurance Design[J]. Offshore Technology Conference, 2011]。GLCC入口管的管径设计准则一般基于Taitel & Dukler[Taitel Y. &A. E. Dukle. A Model for Predicting Flow Regime Transition in Horizontal and Near Horizontal Gas-Liquid Flow[J]. AIChE J., 1975.]分层流转变至段塞流或环状流的判别准则。通用的GLCC入口整流管受安装空间的限制下倾管的距离较短，在有限的下倾长度上难以实现液塞的平稳耗散；同时下倾管中的气液界面与喷嘴壁面相互垂直，对分离器筒体造成持续冲击。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种柱状气液旋流分离器入口整流装置，它可以在更大的气液相速度范围内有效实现气液段塞来流向分层流动的转化，从而更加有效地提高气液来流的预分离效果，为柱状旋流分离器提供更加平稳的入口来流，扩展柱状旋流分离器的适用范围。