在深水油气处理工艺中,气液柱状旋流分离器(GLCC)开始被关注并广泛应用,其向下倾斜的切向入口可以将不同的入口流型转换为易于分离的分层流,对连续相为气相、气液比较低的操作工况有较好的分离效果。然而,当其在混合流速较大的雾状流工况下时,会产生壁面液膜爬升、出气口液滴逃逸的问题。基于此,本文从全新的视角考虑油气分离装置的设计,根据气固旋风分离器和GLCC的相关有益结构,设计并研制了水下两级柱状气液旋流分离器及其相关尺寸。分离器内部增加升气管,通过升气管增强内部旋流进行逃逸液滴的二次分离,并对相关附属构件进行了有益设计;通过测试出入口粒径分布的变化,对分离器的分离性能进行比较分析;通过改变入口流型实验和耐冲击实验,对分离器的水下适应性有所了解,得出两级柱状气液旋流分离器的最优结构,并设计相关程序以供参考。本研究对深水凝析气田气液旋流分离器的研发具有指导和借鉴意义,主要研究结论如下:依赖成熟的气固旋风分离器的概念设计,围绕加入升气管的二次旋流作用,将升气管插入分离器内部,通过分离器在不同入口流量、不同入口气液比、不同入口液滴粒径分布和浓度(体积分数)条件下的压降规律和分离性能,对分离器的升气管的直径和插入深度进行了分析和结构固定,并通过加入回流管回收二次逃逸液滴、止旋结构对旋转涡核强心终止等方法,对分离器的局部设计和优化。利用Malvern-Insitec在线激光粒度仪测试两级柱状气液旋流分离器在雾状流工况下的出入口粒径,确定粒径分布符合Log-normal概率密度分布曲线,通过比较出入口中值粒径和比表面积平均径判断分离器分离性能的优劣,确定分离器分离性能的最优范围。对分离器进行低气液比下不同气速、不同流型的适用性实验,通过适应性实验对确定的分离器结构进行验证,寻找分离器的失效工况点,最终得出分离器的最优结构和最优应用范围,并设计程序。