井下油气水力旋流分离器结构优化与数值模拟

用数值模拟方法对井下油气水力旋流分离器内的气液分离两相流场进行了研究,通过数值模拟得到流场分布规律符合已知的旋流器流场分布规律。将数值计算与室内模拟试验的分离效率进行了对比,结果表明用数值模拟的方法进行流场研究是可靠的。将油气水力旋流分离器的主要结构及操作参数对分离性能的影响进行了模拟,结果表明水力旋流器经过优化设计可以进行井下油气分离,且分离效果较好。所采用的数学模型及模拟方法为井下水力旋流油气分离器进一步优化结构、提高分离效率提供了一条有效途径。     

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。     

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-液分离旋流器结构选型计算

在前期对液-液旋流分离器流量压降特性实验研究的基础上,分析了结构参数、操作参数及物性参数对液-液旋流分离效率的影响;提出了液-液旋流分离器结构设计的设计方法和设计步骤,认为建立性能优良的旋流器模型数据库,是选型设计的基础和前提。     

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。     

水力旋流器现状及发展趋势

近20年来，国内外在水力旋流器的理论研究方面，建立了以平衡轨道理论模型和停留时间理论模型为主的固－液水力旋流器理论模型，以及液－液水力旋流器放大设计准则和效率预测模型。在设备研制方面，先后研制了油井产液水力旋流除砂器，动态液－液水力旋流器和静态液－液水力旋流器等单体设备。今后设备的发展趋势是，研制能注入减摩聚合物的旋流器，能注入一定量分散气的旋流器；研制液－固－液新型三相旋流分离器。     

集砂孔尺寸对三相旋流分离器内颗粒运动影响分析

对传统的旋流分离器增加集砂部分构成新型固-液-液三相旋流分离器,该设备节约能耗,易操作,并对油和砂都能达到较高的去除率,利用三相旋流分离器分离废弃油基钻井液中的柴油加以回收利用。通过对固相运动分析和数值模拟,研究了旋流器集砂孔尺寸对颗粒粒径的分离效果的影响,分析结果表明对于一定的颗粒粒径存在最优的集砂孔尺寸。     

微孔材料对气携式液-液水力旋流器性能的影响

在常规脱油型水力旋流器的基础上,通过结构设计制成气携式液-液水力旋流器,旨在提高其除油效率。介绍了气携式液-液旋流分离的基本原理、样机结构及实验工艺流程,该旋流器的部分旋流体由微孔材料制成。研究了微孔材料对水力旋流器分离性能的影响,如微孔直径、微孔材料安装位置等。试验研究显示,20~40μm孔径的微孔材料可获得最佳旋流分离效果,小锥段微孔注气的效果最佳。对微孔材料的SEM分析表明,试验1个多月后微孔未发生堵塞现象。     

油水旋流分离器流场数值模拟研究

以大涡模型为基础,对双锥形液-液旋流分离器进行数值模拟,研究液-液旋流分离器内部流场的压力分布、速度分布和湍动能分布规律。模拟结果表明,静压的分布基本符合组合涡流场的压力分布规律;轴向速度沿径向几乎呈轴对称分布,在轴心区域径向速度梯度比较大,说明在旋流器中心附近产生的内旋流场是分离的有效区域;在轴截面50 mm处湍动能的分布呈现出两头翘、中间凹的结构,亦称"浴盆"结构。比较发现,模拟结果与试验结果较接近,这为进一步研究旋流器分离机理及结构优化设计奠定了基础。     

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。     

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.     

液—液旋流分离技术综述

在对国内外技术文献广泛调研分析的基础上,结合近年来的研究实际,简要回顾了液-液旋流分离技术的发展历程,并从静态旋流器、动态旋流器、低剪切增压技术和系统工艺设计四个方面,较为全面地论述了液-液旋流分离技术的发展概况。分析认为静态旋流器的应用主要在于含油污水处理和高含水原油的预分离对低含水原油的旋流脱水净化,由于介质粘度大,会导致静态旋流器中压降和能耗的成倍增加,因此,相比之下动态旋流器有可能成为更可行的替代方案。同时介绍了国外在低剪切增压和系统流程设计方面的最新成果,据此提出了“九五”期间发展我国液-液旋流分离技术的基本设想。     

油水分离旋流器分离过程数学模型分析

根据水力旋流器中油滴非线性随机运动的特点 ,采用改进的BP神经网络模型、基于随机过程理论的MonteCarlo模拟以及与其它数学模型相结合的方法 ,对水力旋流器内的分离过程进行模拟 ,根据旋流器的物性参数和分离期望值 ,预测旋流器的结构参数和操作参数 ,实现旋流器结构参数和操作参数的优化 ,并给出旋流器的分级效率。对数学模型的预测结果进行了验证分析。     

Numerical investigation of the velocity field and separation efficiency of deoiling hydrocyclones

Three-dimensional simulation of a multiphase flow is performed using the EulerianEulerian finite volume method in order to evaluate the separation efficiency and velocity field of deoiling hydrocyclones.The solution is developed using a mass conservation-based algorithm(MCBA) with collocated grid arrangement.The mixture approach of the Reynolds stress model is also employed in order to capture features of turbulent multiphase swirling flow.The velocity field and separation efficiency of two different configurations of deoiling hydrocyclones are compared with available experimental data.The comparison shows that the separation efficiency can be predicted with high accuracy using computational fluid dynamics.The velocity fields are also in good agreement with available experimental velocity measurements.Special attention is drawn to swirl intensity in deoiling hydrocyclones and it is shown that the differences in velocity and volume fraction fields of different configurations are related to swirl distribution.     

用改进的油粒轨迹模型预测液-液旋流器效率

在单涡流场理论基础上建立了一种改进的油粒轨迹模型 ,用以预测油水旋流器粒级分离效率。若给定旋流器几何尺寸、操作参数及旋流器进口的油滴粒径分布 ,就可以预测液 -液旋流器的分离效率。模型理论效率预测结果与实测结果比较吻合 ,满足工程精度要求。该轨迹法分离效率模型理论上具有广泛通用性 ,方法简单实用 ,对液 -液水力旋流器工业使用及其优化设计具有重要的指导作用。     

油水分离水力旋流器的人工神经网络模拟

采用改进的BP神经网络模型模拟水力旋流器的油水分离过程。根据水力旋流器的实际生产条件 ,确定旋流器模型设计中的优化神经网络结构为 8- 12 - 12型神经网络。对神经网络的结构进行了优选和分析 ,提出了自适应调节学习率和动量因子的快速BP算法 ,并对激励函数进行了改进。结果表明 ,用改进的BP神经网络模型模拟水力旋流器的分离过程是切实可行的 ,通过旋流器的人工神经网络模拟 ,能够根据旋流器的物性参数和分离期望值 ,预测旋流器的结构参数和操作参数 ,实现旋流器结构参数和操作参数的优化。     

柱型水力旋流器溢流管的研究

文章以柱型水力旋流器为模型,以能量损失最小和最佳分离效率为目标函数,运用Fluent软件进行数值模拟,获得柱型水力旋流器柱段的最佳插入深度。同时,运用最大切向速度法探讨了溢流管尺寸的确定方法。     

固液分离水力旋流除砂器的数值模拟

利用CFD软件,采用雷诺应力模型分别计算了300型和250型水力旋流除砂器的内流场,得到了2种水力旋流除砂器的轴向、径向、切向速度及压强的分布曲线。通过对所得结果的分析,发现模拟结果基本符合旋流除砂器的运行规律。比较2种旋流除砂器的内流场,表明改进的300型水力旋流除砂器的结构及分离能力优于原来250型水力旋流除砂器,为水力旋流除砂器的优化设计和选型提供了可靠的设计依据。     

涡流探测管对除油旋流器分离性能的影响

由室内模拟试验可知，在相同流量、相同入口和底流口压力、相同分流比条件下，带涡流探测管的旋流器溢流口压力高。采用具有一定粒度分布的油水乳液结合激光粒度仪和等动量取样系统的粒级效率测试方法，对有涡流探测管和无涡流探测管除油旋流器的粒级效率进行了测试。测试结果表明，对于不稳定乳液，有涡流探测管旋流器的分离效率比无涡流探测管旋流器的分离效率高；对于稳定乳液，两者的分离效率基本相同，油滴中粒径在１０～２５μｍ范围内，有涡流探测管旋流器的分离效率略高一些。两种旋流器的最佳分流比都是１５％，分割直径ｄ５０为１０μｍ，分离极限为３０μｍ。