【正文】 :為含氣泡液相混合物密度?？刂企w壓力微分方程: (3)把方程(1)、(2)代入方程(3),并沿等壓漩渦表面積分()得: (4)整理上式即可得到漩渦方程: (5) (6)利用漩渦方程積分可得入口分流區(qū)下方液相總體積,應(yīng)用液相體積守恒: (7)式中:指平衡液位高度(見圖32)。下部,液相為連續(xù)相,氣泡分散其中,稱氣泡區(qū)。研究分散相粒子的運(yùn)動軌跡,可以分析分離特性。假設(shè)液相渦流區(qū)小氣泡均勻分布,氣泡的徑向滑脫速度為,軸向滑脫速度為,忽略連續(xù)相液相的徑向速度,軸向速度即液相折算速度,這樣,氣泡的徑向絕對速度為 =,軸向(向下)的絕對速度為,顯然,實現(xiàn)氣泡分離的必要條件是壁面處氣泡運(yùn)動至中心氣核的時間應(yīng)少于氣泡隨連續(xù)相—液相流出分離器的時間。假設(shè)徑向液滴滑脫速度為,軸向滑脫速度為,忽略氣相的徑向流速,氣相的軸向速度即折算速度為,這樣,液滴徑向絕對速度為,軸向(向上)的絕對速度為,液滴能夠分出的必要條件是分離器中心處的液滴到達(dá)器壁的時間應(yīng)短于液滴隨旋轉(zhuǎn)氣流流出分離器的時間。3 .連續(xù)相旋流特性分離器內(nèi)連續(xù)相旋流場分布對氣液分離至關(guān)重要。由于粘性耗散和壁面摩擦阻力的作用,切向速度沿軸向逐漸減小,采用旋流強(qiáng)度表征旋流場的衰減特性。 (10)式中:是軸向平均流速,下標(biāo)c表示連續(xù)相。是器內(nèi)對應(yīng)連續(xù)相(氣相或液相)的質(zhì)量流量。指對應(yīng)連續(xù)相入口實際流通面積。沿旋轉(zhuǎn)半徑方向上,切向速度的變化非常顯著,按照其不同變化規(guī)律,可以將旋流分成兩個旋轉(zhuǎn)區(qū)域:近壁面處的自由渦旋區(qū)和中心強(qiáng)制渦旋區(qū)。將軸向流動視為勻速運(yùn)動,軸向流速等于平均流速。切向速度分布: (13)將切向速度表達(dá)式代入旋流強(qiáng)度定義式得: (14)根據(jù)定義Ω是分離器截面位置(ｚ)的函數(shù),確定了某截面的旋流強(qiáng)度,即可求得壁面處(忽略壁面附近的自由渦旋區(qū))的最大切向速度。②粒子間及粒子與器壁間沒有相互作用力。④作用在氣泡或液滴上的各種力的合力為零,分散粒子做勻速運(yùn)動。沒有漩渦脫落現(xiàn)象。、為氣液連續(xù)相切向速度。阻力系數(shù)采用文獻(xiàn)提出的關(guān)系式求解: (18) (19)式中:,軸向上氣泡受重力和阻力的作用,但由于連續(xù)相為油相,柔占度大,滑脫速度小,其流態(tài)一般總處于層流區(qū),因Stokes公式適于求解氣泡的滑脫速度: (20)同樣,液滴在軸向上受重力和阻力作用,根據(jù)受力平衡,液滴軸向滑脫速度: (21)氣泡或液滴所受阻力與氣泡或液滴的合成速度有關(guān),其滑脫速度分別為: (23) (24)根據(jù)上面的氣泡和液滴軌跡分析,ｔ時間間隔中,氣泡或液滴在徑向和軸的位移(見圖34)圖34 氣泡和液滴軌跡示意圖 消去,即為氣泡和液滴軌跡控制方程,積分得氣泡或液滴的軸向位移, （25） （26）根據(jù)氣泡或液滴實現(xiàn)分離的必要性,Δ或Δ即為氣泡或液滴區(qū)的最小高度。管柱式旋流分離器入口主要由入口管、噴嘴和入口槽3部分組成。實驗研究表明,采用向下傾斜的入口管,保證入口管流型呈現(xiàn)分層流將在很大程度上改善氣液分離效果,擴(kuò)展管柱式旋流分離器的適用范圍。入口管向下傾斜,在重力作用下有利于形成分層流,實現(xiàn)氣液兩相的初步分離,同時,向下的傾斜結(jié)構(gòu)使經(jīng)過初步分離的液相在入口下方旋轉(zhuǎn)一圈后形成旋流場,避免了對氣相向分離器上方運(yùn)動的阻塞。為宜,～,入口管直徑的選取應(yīng)保證流型為分層流,由Taitel和Dukler預(yù)測模型確定,分層流轉(zhuǎn)變?yōu)殚g歇流或環(huán)狀流的判別準(zhǔn)則為: （27）式中： 式中D為入口管直徑,Ａ是它的橫截面積,h是無量綱液位高。噴嘴是入口段最后一個影響進(jìn)入分離器氣液相流速分布和入口切向流速大小的因素。 雙傾斜入口將入口流預(yù)分為兩股流動：低入口的富液流和高入口的富氣流?！τ跊]有液位控制的GLCC,將入口段定位于靠近液面的上方是至關(guān)重要的。過低的液面,如距離入口處遠(yuǎn)大于3L/d,會導(dǎo)致切向入口速度的過度衰減,影響GLCC的性能。　外形比是指GLCC的長徑比。對于一個給定的直徑,GLCC中入口上方的長度提供了液流擾動的容量,而入口下方的長度則決定了用于從液體中分離氣泡的存留時間。由于這一現(xiàn)象的復(fù)雜性,最近才剛剛提出了一套決定最佳外形比的基本標(biāo)準(zhǔn)。 出口管設(shè)計分析氣液相出口管線的配置可根據(jù)氣液相流量、配置儀表的要求確定。容器內(nèi)平衡液位應(yīng)低于入口0 .3ｍ,~,以保持正的靜水壓頭。第五章 分離器工藝設(shè)計 計算分離器直徑考慮分離器上部的氣相分離部分,分離器直徑的選取應(yīng)避免氣相中夾帶液滴,以氣相折算速度表示,即氣相折算速度不能大于氣流中出現(xiàn)液滴時的臨界速度。對于分離器入口以下的液相分離部分,應(yīng)充分發(fā)揮離心分離特性,避免液相中夾帶氣泡。通常切向流速一般取6ｍ/ｓ,顯然臨界液相流速=。根據(jù)入口噴嘴分析,取液相入口切向速度為:=6m/s由上分析知當(dāng)/=40時, 旋流分離效果最佳,故液相流速:=已知:日處理液量:900 m3/d=, 日處理氣量:90m3/d= m3/s,又知本設(shè)計工況是低氣油比工況,故由公式（30）得分離器的直徑： =2(m)經(jīng)圓整后取 d=300mm以入口為界分離器分為上下兩個部分。上半部分的高度應(yīng)足夠高,甚至在極端流型—段塞流工況下能夠吸收液相流量的波動,避免氣相夾帶液滴的現(xiàn)象。在入口分流區(qū)內(nèi)流體作螺旋運(yùn)動，所需的時間t為：t=入口分流區(qū)高度為： h=已知 由公式（9）得 旋渦區(qū)高度： = =下部液相空間的高度選取,應(yīng)保證液相在分離器內(nèi)有足夠的停留時間使氣泡得以分出進(jìn)入上部氣相空間。對于大直徑的旋流分離器,根據(jù)建立的氣泡軌跡模型,求解氣泡(氣泡直徑取500μｍ)自器壁進(jìn)入中心氣核實現(xiàn)分離在軸向上穿過的距離,顯然液相空間的高度應(yīng)不小于。根據(jù)Turton和Levenspie建議阻力系數(shù)為 : （33）雷諾數(shù): （34）因為與r之間存在嵌套關(guān)系，通過與r的關(guān)系式不能直接得出兩者之間的關(guān)系，所以采用試算法確定兩者間的關(guān)系。用此方法把半徑等分成10個點，通過編程算出其速度。 R=,p1=,p2=,s=, D=。v1,amp。 printf(\nv1=%f,r=%f,v1,r)。 p=p1+(p2p1)*n1。 R1=p*v1*D/s。 n3=pow(R1,)。 v2=sqrt(4*(pp1)*v3*v3*D/(3*p2*r*cd))。 if(m==0) printf(\nv1=%f,r=%f,v1,r)。 R1=p*v1*D/s。 n5=pow(R1,)。 v2=sqrt(4*(pp1)*v3*v3*D/(3*p2*r*cd))。 printf(\nv1=%f,r=%f,v1,r)。假設(shè)旋流為強(qiáng)迫旋渦，即。② 豎直方向上計算在最小駐留時間內(nèi)混合體運(yùn)動的距離時，可忽略氣泡與液體的相對滑移，認(rèn)為氣泡隨液體一起在重力的作用下向下運(yùn)動，可得在內(nèi)，氣泡下降的距離： ④即旋流器的最小長度為。當(dāng)分離器的設(shè)計直徑時，相應(yīng)地，圖54 平衡液位示意圖 氣液分離器如圖53所示，來自井口的氣液混合物進(jìn)入分離器后產(chǎn)生旋流，在離心力的作用下實現(xiàn)分離，氣體占據(jù)液滴區(qū)并經(jīng)排氣管從氣體出口排出，而液體占據(jù)氣泡區(qū)并經(jīng)液體管從泥漿出口排出。在設(shè)計設(shè)計氣液分離器時，根據(jù)設(shè)計參數(shù)的要求，要求避免這兩種情況的發(fā)生。 氣室壓力p1的確定在管中流動的氣體由于溫度和壓力沿管長變化,:+ +d=0 (51)通用氣體定律給出: pV=RT或= (52)設(shè)計參數(shù)所對應(yīng)的壓力為p、溫度T、體積V,那么: =將上式帶入(2),得 pV=T故管內(nèi)流速等于 = (53)將式(3)和式(2)代入式(1),有 pdp – ()dp + ()Td=0假設(shè)流動為等溫的,積分上式得: p1 2()ln()=p+() (54)根據(jù)Weymouth提出的公式計算,即 = (55) 上列各式中:泥漿密度氣室內(nèi)絕對壓力排氣管出口絕對壓力排氣管內(nèi)徑排氣管長度M摩爾質(zhì)量m氣體質(zhì)量R氣體常數(shù)T華氏溫度出氣管路沿程阻力系數(shù)設(shè)排氣管的直徑DG=20mm,此時，則= 已知日處理氣量為:90m/d= m/s，M=29，R=（55）式得 （56）編程計算程序如下：includeincludemain(){double m,n,p,f。for(p=。p+=){m=p/。f=p**。}} 運(yùn)算結(jié)果：p= 為了保證泥漿正常從泥漿出口排出,必須提供一定的液柱高度Z1和氣室壓力p1,以補(bǔ)償輸送泥漿消耗的能,要求液柱高度Z1,第二斷面為泥漿出口處,建立兩斷面的能量平衡關(guān)系如下:+Z1+=+Z2+(1++) （57） 式中：p2斷面壓力 Z11斷面處液柱高度Z22斷面處液柱高度 1斷面處泥漿流速2斷面處泥漿流速 D排液管內(nèi)徑L排液管長度 出液管路沿程阻力系數(shù)由（57）式變形得：Z1Z2= +(1++) （58）（1） 當(dāng)DL=40mm時，R代入（58）式得，顯然不滿足條件。（3） 當(dāng)DL=65時，R代入（58）式得，（4） 當(dāng)DL=50mm時，R代入（58）式得，由因?qū)嶋H的工況，如果選擇次方案要求的高度太高。故取Z1=1 .9m,Z2=176。Duker模型確定。D和作為迭代量，直至準(zhǔn)則方程左端小于1，D即為滿足分層流條件最小入口直徑。 while(n1) {k=sqrt(1(2*n1)*(2*n1))。 n=n+。amp。amp。}}運(yùn)行結(jié)果:n= ,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d= n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=故計算求得最小直徑: D=40mm1. 入口槽選型,根據(jù)分離器工藝設(shè)計分析入口槽選用新月形,同時入口噴嘴的截面積的確定保證入口液相流速為6 m/s.2. 綜合考慮本設(shè)計分離器的結(jié)構(gòu)，最后確定為單進(jìn)口。法蘭材料：16Mn(鍛件)，墊片材料：石棉橡膠板，s=3mm,y=11MPa,m=初擬法蘭的尺寸如下所示D D=100 D=70 D=50 H=10 R=9墊片尺寸：墊片寬度：N=墊片基本密封寬度：墊片有