单点注气液-液旋流器分离效率的实验研究

针对油田后期开发中遇到的污水处理难度大等实际问题,实验研究了气携式液液水力旋流器,由于气泡与油滴结合后形成油气复合体,从而有利于部分油滴向旋流器中心处运移,但气体对旋流器内的流场同时也会产生一定的影响。通过旋流器入口注气和锥段不同位置的单点注气实验,发现气携式液液水力旋流器的分离效率有较为明显的提高,同时,与常规的液液水力旋流器相比,对流场的稳定性要求更高,分流比和溢流口直径均较大,对操作参数的控制应更加严格。     

液—液水力旋流器的结构类型及特点

介绍了液－液水力旋流器的几种主要结构类型,包括常规静态水力旋流器、固定式静态水力旋流器、转动式水力旋流器和动态水力旋流器等,并就各种类型水力旋流器的简要结构、工作原理、主要特点、应用场合和分离效果等做了分析,指出并非某一结构为最佳结构类型,在实践中应当根据实际应用场合的条件的不同,合理选择水力旋流器的结构类型,以在获得最佳处理效果的同时,充分发挥水力旋流分离性能。     

国内外液-液水力旋流分离器研究进展

首先从液-液水力旋流器结构与工作原理出发,综述了液-液水力旋流分离器的国内外研究进展,重点对液-液水力旋流分离器的试验模拟技术研究现状、液-液水力旋流分离器数值模拟研究概况以及液-液水力旋流器在油田的发展状况等进行了详细介绍。最后对液-液水力旋流器的数值模拟技术提出了几点认识和建议。     

液-液水力旋流器的模拟试验

液-液水力旋流器是一种新型的油水分离器。主要是由旋流腔、收缩腔、尾维、尾管和溢流管组成，分离机理为离心沉降。用有机玻璃制成的液-液水力旋流器的模拟试验结果表明，其分离效率与污水中的含油浓度无关，而随进口流量的增大而增大；当液-液水力旋流器的几何结构确定以后，进口流量随进口压力增大而增大。用计算机仿真与用激光实测所得的水力旋流器内的流场分布基本吻合，故其可作为样机设计的理论指导。液-液水力旋流器具有分离效率高、处理量大、重量轻、占地面积小、无运动部件、维修费用低等优点、特别适用于海洋钻井平台和边远油田的污水处理。     

固-液-液三相分离水力旋流器现状及发展趋势

固-液、液-液等二相水力旋流分离器已经是现今石油石化工业中不可缺少的分离工具,但目前还不能分离液体中同时含有石油和固体颗粒的多相混合物。因此,要研究一种新型的固-液-液三相分离旋流器。简述了三相分离器的原理、研究现状和发展趋势。     

新型柱式气液旋流分离器数值计算

应用CFD技术对新型柱式气-液旋流分离器内气、液2相的分离过程进行了数值计算。结果表明：气、液2相介质由斜切入口进入柱式旋流器后,在离心力、重力和浮力的共同作用下呈螺旋运动,并迅速发生分层和分离;在旋流器的轴平面上,密度场、气相和液相的体积分数分布都存在一个＂U＂形过渡区;该分离器能有效脱除天然气中的液相成分。     

柱状气液旋流器的入口形式优化

柱状气液旋流分离器由圆筒、进口管(入口)、上部溢流口(出气管)、下部底流口(排液管)组成.入口管为整个旋流分离提供旋转动力,并决定了混合相的气液分布以及混合相进入柱状气液旋流分离器最初的切向速度.针对柱状旋流器的入口形式进行了数值模拟研究,模拟结果表明,入口倾角为30°,入口布置于0.08 L位置,采用矩形喷嘴及单入口形式将保证柱状气液旋流器具有最优的分离效果.     

液-液水力旋流器的模拟分析与结构优化

根据计算流体力学的原理和方法,以流场数值模拟为基础,利用大型流体计算软件对液液水力旋流器内流体的运动规律进行了模拟分析。在模拟分析基础上,以提高分离效率为目的对除油水力旋流器的入口形式、溢流出口直径和旋流腔长度进行了优化设计。在实际应用中,应用计算得到的优化结构,可以提高旋流器分离效率6%左右。     

液－液分离水力旋流器特性参数研究

对自行设计的液－液分离水力旋流器进行了一系列室内试验及现场实验，通过原油与水及机油与水两种油水混合介质的分离，系统地研究了水力旋流器几何参数与运行参数对分离效率的影响，提出了一些合理的关系式。在此基础上设计与制造了直径Ｄ为３８ｍｍ及５２ｍｍ两种样机。现场实验证明，该种水力旋流器的分离效率达到９０％以上，且结构简单，可在低压下运行，成本低，能耗少，完全可用于工程实际。     

液－液分离水力旋流器特性参数研究

对自行设计的液-液分离水力旋流器进行了一系列室内试验及现场实验,通过原油与水及机油与水两种油水混合介质的分离,系统地研究了水力旋流器几何参数与运行参数对分离效率的影响,提出了一些合理的关系式.在此基础上设计与制造了直径D为38mm及52mm两种样机.现场实验证明,该种水力旋流器的分离效率达到90%以上,且结构简单,可在低压下运行,成本低,能耗少,完全可用于工程实际.     

Hydrocyclones for De-oiling Applications—A Review

Abstract

The de-oiling hydrocyclone is a device for liquid–liquid separation and production water cleanup. Significant progress has been made in the development of such a device since its first introduction and use in the late 1970s. The present article is a literature review of development and research work performed so far on de-oiling hydrocyclones. It reviews the performance parameters affecting the de-oiling hydrocyclone operation; namely, the inlet oil concentration and drop size distribution, the turn-down ratio, the pressure drop ratio, the flow split, and the geometrical parameters. The article addresses work done to elucidate the internal flow structure and performance of de-oiling hydrocylones in both experimental and computational fluid dynamics areas. Challenges and remaining research issues are also identified.     

水力旋流器内分离介质流动分布特征数值模拟

提出了脱油型水力旋流器参数关系的结构模型,依据建立和修正的分离场的k-ε湍流数学模型,进行了网格划分,确定出边界条件.描述了水力旋流器内部分离介质的三维流动分布特征对分离性能的影响.对旋流器压力场、速度场和分离介质运动迹线分布特征的数值模拟进行了研究.分析了旋流器内部分离介质流动分布特征的数值模拟结果,实际测试的分布结果与流动场结构中理论计算的分布结果相一致.通过合理控制旋流器操作参数(如流量、压力和分流比等)来实现最佳的分离效果.该研究将为改进水力旋流器结构设计、提高分离性能和降低能耗损失提供参考,也为其更好的推广应用奠定一定的基础.     

脱油型水力旋流器空气核的稳定性分析

空气核是水力旋流器处于工作状态下的一种重要流场特征,也是水力旋流器实现正常工作及有效分离的主要标志。空气核的稳定性极大程度地影响着水力旋流器的有效分离。对空气核的成因进行了简要描述,并分析了空气核的存在对水力旋流器分离性能的影响,同时对空气核的流动形态及其能耗损失等方面作了必要的研究。研究结果表明,为了使旋流器保持稳定,要合理控制空气核的大小、位置及流动形态分布。     

提高聚驱井水力旋流器适用性的机械降黏装置的研制与评价

为提高水力旋流器含聚适用性,设计出一种机械降黏装置,利用该装置能使聚合物分子链断裂,减小处理液的黏度,从而减小黏度对水力旋流器分离性能的影响。通过对不同工况条件下的降黏效果分析得出,降黏装置对聚合物溶液降黏效果明显。为验证在不同聚合物浓度条件下,水力旋流器串联降黏装置前后分离性能,开展了室内实验研究。实验结果表明,不同含水率、处理量条件下,水力旋流器串联降黏装置后,质量浓度在300 mg/L以内的聚合物溶液经水力旋流器分离后,油水分离效率均能达到99%以上;在部分工况质量浓度为400 mg/L的聚合物溶液条件下也达到了99%。可见,水力旋流器前端串入机械降黏装置能够拓宽其含聚适用性。     

新型溢流结构柱段充气旋流器的分离性能

 在常规水力旋流器的圆柱段充气,并改进溢流结构,提出了一种柱段充气旋流器。以柴油-水混合液为介质,在改变充气旋流器进口液体流量、分流比、气/液比和底流压力这4个操作参数时,考察了流量-压力-压降特性与油-水分离效率的变化规律。结果表明,充气与不充气时,充气旋流器的流量-压力-压降特性变化趋势一致。充气旋流器的油-水分离效率随进口液体流量、分流比、气/液比和底流压力这4个操作参数值的增加,呈先增后降的趋势;充气时比不充气时的油-水分离效率要高,表明充气浮选具有强化旋流分离效率的作用。油滴颗粒的分级效率随油滴颗粒的直径变大而增加。根据实验数据建立了分级效率的数学模型,模型预测值与实验值吻合较好。     

螺旋增压式串联旋流器分离性能试验研究

基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)软件Fluent,以螺旋增压式串联旋流器为研究对象,采用Eularian-Eularian方法模拟,分析了不同处理量及分流比条件下旋流器的分离性能,并完成室内及井口分离性能试验设计,开展了旋流器分离性能试验研究。结果表明,处理量在2.4～7.2 m³/h变化时,旋流器的分离效率随着处理量的增大逐渐升高; 处理量大于4.8 m³/h时,分离效率增幅缓慢。分离效率随分流比的增大呈现出先增加后减小的趋势,得出最佳分流比为32%,最佳处理量为4.8 m³/h,试验结果与模拟结果吻合良好。     

采出液温度对油水旋流分离器内流场及分离性能的影响

为探究油田采出液温度对油水分离旋流分离器(简称旋流器)性能的影响,采用数值模拟与试验验证相结合的方法,研究不同温度下旋流器分离流场内的流动参数、油相分布、油水分离效率的变化规律。结果表明：随着采出液温度升高,分离流场中油水混合物的切向速度、压力、湍动能以及油滴粒子的径向沉降速度均增大,旋流器的分离性能提高;随着采出液温度升高,旋流器轴心处油水混合物中油相体积分数提高13.97百分点,油相体积分布非均匀度降至80%以下,油芯平均直径减小0.16 mm,轴心处的油相富集程度提高,分布均匀;当采出液温度高于70 ℃时,旋流器分离效率达99%以上。     

倒锥型旋流分离器分离性能影响因素

通过实验研究,分析了倒锥型旋流分离器主要结构参数和操作参数对其分离性能的影响及其变化规律。结果表明,入口体积流量和溢流分流比的大小部对分离效率有显著影响.合理的溢流分流比和入口体积流量是提高分离效率的关键因素。     

溢流率对液-液旋流器内部流场影响的试验研究

溢流率作为影响液-液水力旋流器分离性能的一个重要参数,对水力旋流器的分离效果有着很大的影响。应用激光测试技术测量了在不同溢流率下的轴流式液-液水力旋流器内部流场的变化特点。测试结果表明,溢流率主要是通过改变旋流器内部轴向速度场来影响旋流器的分离效率,旋流器锥段底部是其内部流场稳定性的"薄弱区",极易受溢流率的影响,对此段结构应做进一步改进。     

液-液水力旋流器油水乳化机理研究

为了提高液-液水力旋流器的分离效率,避免油水在分离过程中产生严重的乳化现象,根据流体力学及旋流器的基本理论和方法,深入研究了液-液水力旋流器产生乳化现象的机理,并根据研究结果分析了产生乳化现象的主要影响因素。考虑到工程实际应用特将其与液-液水力旋流器的结构参数、操作参数及进料物性参数结合,逐一分析其对油水产生乳化的影响。分析结果表明,粘度μ、流量Q、入口速度v、分散相表面张力σ对油水乳化起关键作用,在设计和操作时应充分考虑。这项研究可为优化旋流器的结构设计,降低乳化程度,获得最佳的分离效率提供理论参考。