气液两相流的分离(2)

图3 GLCC 分离器结构

3.22螺旋片导流式气液分离器(CS)

1996年Franca等研制了螺旋片导流式气液旋流分离器，直接在井口将气液进行分离，增加了采油回收率，分离后的气体和液体用不同的管道输送各相，降低了多相流输送时易出现的断续流、堵塞和沉积等典型问题。它主要用于石油天然气开采中的油气、气液分离，压缩空气的净化处理，航空宇宙中的氦气分离。尤其在海上、偏远地区油井及远距离油气输送方面具有较广泛的前景。

图4 螺旋结构的三维几何模型

图5 螺旋结构体网络

2004 年周帼彦等用计算流体力学方法，分别对螺距和螺旋个数各不相同的9个螺旋结构流场进行数值模拟, 通过分析螺旋结构参数对压降的不同影响, 在达西公式的基础上拟合出压降的简化计算公式, 为工程设计提供了一种较准确的设计方法。

3.23 旋流板式气液分离器

旋流板式气液分离器的主体为一圆柱形筒体，上部和下部均有一段锥体，如图6所示。在筒体中部放置的锥形旋流板是除液的关键部件。旋流板由许多按一定仰角倾斜的叶片放置一圈，当气流穿过叶片间隙时就成为旋转气流，气流中夹带的液滴在惯性的作用下以一定的仰角射出而被甩向外侧，汇集流到溢流槽内，从而达到气液分离的目的。其中，叶片数量、仰角α和径向角β是旋流板的3个重要参数。该设备一般可分离气体中5～75μm直径的液滴。其优点是压力降小，不易堵塞；其缺点是调节比小，气体流量减小时，分离效率显著下降。

图6 旋流板式气液分离器结构示意图

3.24轴流式气液旋流分离器

轴流式气液旋流分离器(见图7)与切向入口式旋流器的相比其离心力是靠导向叶片产生的，从而使旋转流保持稳定，并有助于维持层流特性，且阻力损失较小。另外，此分离器结构简单、过流面积大，中间流道的连接和管柱整体结构形式简单，能够与常规坐封工艺和起下作业工艺吻合，显著降低了加工制造难度和加工成本及现场操作技术难度，适宜于井下狭长空间环境的安装操作，是用于井下气液分离的理想分离设备。

图7轴流式气液旋流分离器结构示意图

2007 年中国石油大学多相流实验室研制了100mm轴流式气液旋流分离器，并进行了性能试验试验过程中发现，短路流和二次流夹带对于分离器的分离效率影响较大，采用合理的溢流管结构形式可以减少短路流和二次流夹带，提高分离效率。

4．填充分离

由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起流动时，如果遇到阻挡，气体会折流而走，而液体由于惯性，继续有一个向前的速度，向前的液体附着在独挡填料表面上由于重力的作用向下汇集到一起，通过排放管排出。由于填料相对普通折流分类来说具有大得多的阻挡手机壁面积，而且多次反复折流，液体很容易着壁，所以其分离效率较惯性分离有所提高。

5．丝网分离

5.1 丝网气液分离机理

丝网气液分离主要是通过过滤介质将气体中的液滴分离出来的过程，即为过滤分离。其核心部件是滤芯, 以金属丝网(图8) 和玻璃纤维较佳。

图8金属丝网

丝网气液分离机理有三种情况： 1）直接拦截

气体流过丝网结构时，如果气体中的液滴大于丝网结构的孔径，它们将受到

孔的拦截而被分离出来。若液滴直接撞击丝网，它们也将被拦截。直接拦截可以收集一定数量比其孔径小的颗粒，能产生这种结果除液滴直接撞击丝网外，还有以下几种因素：从某个方向看，大多数非常小的悬浮液滴的形状都是不规则的，它们可以桥接在孔上。如果2个或多个颗粒同时投向1个孔时，也会产生桥接现象。1个液滴一旦被1个孔拦截下来，则这个孔至少就会被局部阻塞，这样就可以将粒径更小的液滴分隔出来。

2）惯性撞击

液滴在流动的气体中具有质量和速度，所以它具有动量。当气体和它所夹带的液滴通过丝网时，气体将选取阻力最小的通道流过，并且将顺着丝网结构改变方向，即流线发生偏折。因为液滴具有动量，所以较大液滴由于惯性作用仍然向前作直线运动，使位于气流中心或者接近气流中心处的液滴投向或撞击到丝网上而被分离出来。在气液分离中，惯性撞击对粒径大于20um的大液滴所起的作用是比较明显的。

3）扩散拦截

对于粒径小于1um的小液滴，可以从扩散拦截中分离出来。在这种过程中，液滴以不规则形式沿着流体流线运动。这种可以在显微镜下观察到的不规则布朗运动使这些较小的液滴从气体流动线上游离开来，并且因此增加了它们撞击纤维结构表面而被分离出来的可能性。正如惯性撞击一样，扩散拦截在气体过滤中起较重要的作用。

5.2 丝网气液分离器

丝网气液分离器是一种高效的气液分离装置，主要用于分离气体中直径大于5um的液滴，已被广泛应用于化工、石油、硫酸、医药、轻工、冶金、机械、建筑、航空、海运及环保等工业中，我国从国外引进的乙烯、合成氨和化纤等生产设备中，也是使用丝网结构作为气液分离装置的。对粒径不小于5 um的液滴，其分离效率达98%～99.8%，而气体通过分离器的压降却很小，只有250～500Pa。

过滤型气液分离器具有高效、可有效分离0.1～10μm范围小粒子等优点，但当气速增大时，气体中液滴夹带量增加；甚至，使填料起不到分离作用，而无法进行正常生产；另外，金属丝网存在清洗困难的问题。故其运行成本较高，现主要用于合成氨原料气净化除油、天然气净化及回收凝析油以及柴油加氢尾处理等场合。