【摘要】：新一代水下生產(chǎn)系統(tǒng)緊湊型布局理念給應(yīng)用于其中的氣液分離器提出了更加苛刻的要求。管柱式氣液分離器(簡稱GLCC)因其獨(dú)特的優(yōu)勢在深海富氣田開采領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。前人對GLCC的研究大多著眼于液體攜帶起始點(diǎn)之前的情況,且缺少針對完全分離型GLCC的研究。本文的研究對象是氣液相出口管不發(fā)生匯合的完全分離型GLCC,以液相介質(zhì)對分離器性能影響作為切入點(diǎn),通過實(shí)驗(yàn)的手段研究了GLCC各段流型分布、溢流壓降、LCO起始點(diǎn)曲線和液相分離效率。將相似理論融入到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析中,來探索GLCC氣液兩相流的運(yùn)動(dòng)特性,進(jìn)一步完善用于預(yù)測分離性能的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?主要研究成果如下:(1)通過量綱分析得到了表征溢流壓降的準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式為Eu_g=f(Re_l,Re_g,Fr_g,K_A,D/d_g,K_F)。該關(guān)系式囊括了液量、氣量、漸縮噴嘴尺寸、溢流管直徑以及液體物性等影響因素,可以更加全面地反映溢流壓降,具有較高的計(jì)算精度。(2)運(yùn)用方程分析法獲得了影響GLCC液體攜帶過程的無量綱數(shù),并結(jié)合學(xué)者們對液滴破碎過程的研究結(jié)論,對原始準(zhǔn)則數(shù)進(jìn)行了加工。繪制了以無量綱表觀氣速N_(vg)和無量綱表觀液速N_(vl)為坐標(biāo)的LCO起始點(diǎn)曲線,并根據(jù)三種不同濃度甘油溶液的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),建立了LCO起始點(diǎn)曲線的函數(shù)方程。(3)將液相分離效率轉(zhuǎn)化為液體攜帶率,通過類比豎直管環(huán)狀流的液體攜帶問題,引入無量綱數(shù)S(S=We~(0.5)R_ρ~(0.6))來反映液體攜帶率的變化規(guī)律,并采用雙曲正切函數(shù)來描繪攜帶率曲線。分別得到了環(huán)狀流和攪混流機(jī)制下的液體攜帶率經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式,這兩個(gè)公式預(yù)測的分離效率與實(shí)驗(yàn)值的相對誤差分別落在±0.5%和±1%范圍內(nèi),精度滿足工程設(shè)計(jì)要求。
【圖文】：

的蓬勃發(fā)展也帶來了能源供需矛盾，現(xiàn)階段陸地油氣資源足社會(huì)發(fā)展需求。海洋蘊(yùn)含著豐富的油氣資源，對國家能意義，是 21 世紀(jì)各國綜合國力競爭的焦點(diǎn)。中國作為第一嚴(yán)重的原油供給問題，在 2011 年我國石油的對外依存避免該趨勢進(jìn)一步惡化而危及國家能源安全，自主開發(fā)深海戰(zhàn)略高度。目前海洋油氣勘探活動(dòng)從常規(guī)水深，向深水、深水區(qū)開采難題是實(shí)現(xiàn)我國完全獨(dú)立開采深海油氣田目標(biāo)是深海油氣開發(fā)的重要手段，它可以將已有海上平臺的鉆。傳統(tǒng)水下生產(chǎn)系統(tǒng)將生產(chǎn)設(shè)備分散布局，，水下連接設(shè)備統(tǒng)打破傳統(tǒng)模式，將分離、增壓、回注等模塊集成于深水湊的全干式和半干式垂直布局理念，能夠提高裝置可靠性。新一代水下生產(chǎn)系統(tǒng)緊湊型垂直布局對設(shè)備安裝空間的所處高壓環(huán)境對設(shè)備強(qiáng)度的嚴(yán)苛要求，促使人們研發(fā)出結(jié)液分離器。

石油化工領(lǐng)域氣液分離技術(shù)氣液分離器在石油化工領(lǐng)域應(yīng)用范圍廣，按照氣液分離原理的不同可以式分離器、旋流式分離器、折流式分離器以及絲網(wǎng)式分離器[8]。各種分離同的優(yōu)缺點(diǎn)，適用于特定的場合，不具備通用性。1 重力式氣液分離器重力式分離器可以分成立式和臥式兩類，利用氣液兩相密度差異大，液過重力沉降作用從氣流中分離。立式分離器的氣相處理量大，而液相處式的小，安裝高度較高但占地面積小[9]。重力式氣液分離技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的，工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域已經(jīng)建立了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)——《HG/T20570.8-1995（2009）器設(shè)計(jì)》。如圖 1.2 所示，當(dāng)前的研究熱點(diǎn)是通過在分離器中設(shè)置合理的如擋板、絲網(wǎng)等結(jié)構(gòu)）來提高分離效率。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE952

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