随着我国众多老油田含砂、含气的增多,原油除砂、除气迫在眉睫。本论文研制了一种用于气液固三相分离的水力旋流器,一次实现气-水-砂的三相分离;对液固分离水力旋流器进行单体及串联系统的性能测试,以有效的进行三相分离水力旋流器的砂库结构的改进;应用数值模拟的方法得到旋流器流场的基础信息。 在两相流分离的理论模型与经验模型的基础上,本文设计旋流器的具体结构:入口为-27°的入口管,使得入口混合流成层流状念,入口扰动较小;入口喷嘴为矩形,能够最大程度降低入口能耗;柱段长度较长,实现气体带液和液体带气都很少;溢流管结构不插入旋流器顶部,消除短路流现象;20°锥角实现较大砂粒的分离,锥段底部侧壁开口,保证排砂顺畅;气体出口管和液体出口管保证出口气液流速不会过大。 对此旋流器进行性能测试,从而得出结论:该旋流器可以有效的分离气液固三相组分;旋流器有效工作有最小压力和最大压力,以及最小流量和最大流量的要求;随流量增大,旋流器底流压差、溢流压差都增大;气液比越大,旋流器的能耗越多;但气液比增大,旋流器的压降比几乎不变;降低入口的流量和混合液的气液比是最可行的降低旋流器能耗的方法。 通过液固分离用水力旋流器单体以及串联系统性能的测定,对旋流器串联系统进行整体评价。液固分离水力旋流器单体有最佳的工作范围、最小工作压力的要求,分离性能指标受入口混合物的物性的影响;小直径小锥角水力旋流器分离粒度小、处理量小、压降大、分流比大;大直径大锥角水力旋流器分离粒度大、处理量大、压降小、分流比小;串联旋流器系统操作压力大,单级效率并没有提高,二级旋流器由于扰动较大性能降低,出口能耗增多;根据串联系统的性能特点,分析得出结论:三相分离旋流器性能比旋流器串联系统性能更佳。 本文对此三相分离旋流器以及液固分离旋流器进行数值模拟,得到单相流场的基本信息。流场信息与理论预测和实验结论吻合良好。