内置扭带水力旋流器分离性能研究

普通水力旋流器在分离天然气水合物泥砂混合浆体的过程中,外界不稳定工况易导致天然气水合物浆体分解出天然气气体,加之其与外界环境中的空气结合更易产生空气柱,而空气柱会影响旋流器的分离效率和分离精度。鉴于此,设计了内置扭带水力旋流器。采用Solidworks2018对水力旋流器进行三维建模,利用ICEM CFD对模型进行结构化网格划分,采用有限体积数值模拟方法研究了不同长度的扭带与水力旋流器组合,来对比分析该设备中内部流场的变化对分离除砂效率及分离精度的影响。研究结果表明:扭带的放置消除了空气柱对沉砂口排出砂的阻碍,增强了内旋流效果并提高了分离效率及分离精度;内旋流增强及稳定性提高使未被完全分离的天然气水合物泥砂混合浆体在内旋流区停滞时间延长,将泥砂与水合物进行二次分离,提高了水合物浆体纯度,使得溢流口的水合物含量激增并出现突兀的波峰; 200 mm非变径扭带与水力旋流器组合对天然气水合物的分离效果最好。研究结果可为分离器性能的深入研究提供参考。     

动态水力旋流器圆管螺旋流场特性研究

对动态水力旋流器圆管螺旋流场结构及形成原理作了简要描述。在深入研究动态水力旋流器分离机理及分离性能的基础上,运用圆管螺旋流动方程式进行了动态水力旋流器内部螺旋流动分布理论研究,得到旋流器内部流场按强制涡、自由涡、组合涡及螺旋涡的分布特性。同时利用直圆管柱模型,模拟计算出了圆管螺旋流的理论分布结果。研究和掌握动态水力旋流器内部流体螺旋流的运动及分布规律,为今后深入进行其分离机理、流场测试及分离性能研究打下了一定的基础。     

油水分离旋流器流场和分离性能的数值模拟

深入研究了液-液水力旋流器的流动机理,并采用LRR应力模型对油水分离旋流器的油水两相流场进行了数值模拟。通过数值计算得到了水力旋流器内流体流动的流线图、等压线以及速度矢量图,并且研究了不同参数(分流比、进口压力以及溢流管直径)对分离效率的影响。计算结果与理论分析一致,证明了模型和算法的正确性。研究成果为前人试验和理论总结提供了有力的理论支持,同时为进一步研究水力旋流器的分离机理、流场特性以及结构优化设计提供了一条有效的途径。     

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.     

油水分离用水力旋流器理论模型及数值模拟

深入研究了液 -液水力旋流器的流动机理和分散油相的流动特点及处理方法 ,并采用计算流体力学的原理和方法 ,建立了研究液 -液水力旋流器的物理模型、修正的三维k -ε模型 (即RNGk -ε模型 )和分散油相的代数滑移混合模型ASM。以SIMPLER算法为基础 ,研究了数值计算方法并做了实例计算。通过数值计算得到了液 -液水力旋流器内流体流动的速度矢量图、流线图和油相及水相等浓度分布图。计算结果与理论分析一致 ,证明了模型和算法的正确性 ,为进一步研究旋流器的结构优化、粒子跟踪和旋流器特性参数对分离效率的影响及旋流器性能预测等打下了良好基础     

振动耦合效应下水力旋流器油水两相流动研究

针对水力旋流器结构振动及振动条件下流场流动规律的研究较少。鉴于此,以典型双锥结构的水力旋流器为研究对象,对流体域控制方程进行离散,开展了振动耦合条件下水力旋流器油水两相流动的数值模拟研究,并与非耦合条件下流场进行了对比分析。研究结果表明:振动耦合效应使得切向速度沿流动方向逐渐衰减,且出现了激振方向与非激振方向流场不对称的特点;轴向速度受激振力影响较小,在激振位置之后耦合与非耦合条件下的径向速度差异逐渐增大;受激振力的影响,振动耦合条件下的油相滑移速度在近壁侧增大,但水力旋流器的分离效率低于非耦合条件下的分离效率。研究结果可为旋流器的设计和应用提供理论依据。     

新型油水分离装置——水力旋流器试验

研究确定了水力旋流器的几何结构及各部分尺寸。试验研究了水力旋流器样机入口形式及各参数(流量Q_i、分流比F等)对分离性能的影响,并确定了压力降△Pd与流量Q_i的关系。试验用水力旋流器的分离效率达95％。     

动态水力旋流器结构参数的优选设计

简要描述了动态水力旋流器的结构组成及工作原理。在深入开展动态水力旋流器的分离机理和性能试验研究的基础上,进一步证实了只要合理地优化选取其结构参数,即可获得良好的分离效果。重点介绍了动态水力旋流器主要结构参数的优选设计过程,通过对油水分离用动、静态水力旋流器进行对比分析,进一步证实了动态水力旋流器在油水分离方面存在的优势。其成功研制为今后深入进行分离机理、流场测试及分离性能的研究奠定了基础,也为其在油田含油污水处理方面的推广应用起到了一定的指导作用。     

水力旋流器内空气核形成过程研究

利用高速摄像技术对空气核的形成、发展和稳定过程进行了测试,以期为全面了解旋流器内流场特性及分离特性提供依据,也为进一步深入研究旋流器分离机理和优化结构设计提供试验依据。结果表明,旋流器内空气核在形成过程中,当锥角小时,底流口处出现消失现象,消失长度与进口流量有关;在贯通过程中,空气从溢流口被吸入,贯通后又从底流口被吸入;空气核尺寸、形状以及弯曲、扭曲的严重程度受旋流器锥角和操作参数的影响较大。为了减小空气核对流场和颗粒分离的影响,旋流器结构与操作参数之间应有一相匹配的最佳操作参数。     

油水分离水力旋流器的研究与应用综述

油水分离水力旋流器是八十年代开发的一种离心式油水分离器。它主要用于油田采出水原油脱水和低含油污水处理。文章介绍了油水分离水力旋流器的工作原理,分析了影响其分离性能的几个主要因素及油田生产中的应用。     

A Comparative Study of the Flow Field of High Viscosity Media in Conventional/Rotary Hydrocyclones

The flow fields inside conventional and rotary hydrocyclones were simulated respectively.In these simulations, water only and oil-water mixture,with distinctly different viscosities,were used as continuous phases.Simulation results agreed well with the experimental measurements.Simulation results showed that the conventional hydrocyclone could effectively separate sand from water,but could not separate sand from high viscosity water/oil emulsion.This showed that the viscosity of continuous phases influenced greatly both the separation efficiency and the flow field distribution in the conventional hydrocyclone.For high viscosity oil/water sand dispersion(mixture),the rotary hydrocyclone has better separation performance than the conventional one,with a more favorable flow field distribution.     

液液旋流分离器内流动偏心现象的试验研究

旋流分离器中空气柱(旋流中心)溢流端偏心反映了旋流分离器内流动的不对称性。通过试验研究表明，旋流分离器的操作参数对溢流端旋流中心的偏移的影响并不显著，而主要决定于旋流分离器的输入结构形式，随输入结构形式不对称性的增加，流动偏心的程度也在增加。揭示了液液(除油型)旋流分离器内流动不对称性对分离效率的影响，这对进一步提高旋流分离器分离效率具有重要的指导意义。     

气液比对压裂返排液旋流除砂器性能的影响

水力旋流器已被应用于压裂返排液除砂,为了提高其分离性能,基于Fluent软件模拟和实验,研究了不同入口气液比(GLR)下水力旋流器的空气柱直径、压力与速度分布及分离效率,总结了入口GLR对水力旋流器分离性能的影响规律,并确定了最佳入口GLR范围。研究结果表明:①物料不含气体时,底流口与溢流口负压区将外界气体吸入内流场形成空气柱,当物料中含有气体时,空气柱中绝大部分气体来自溢流口与底流口,并且最终通过溢流口排出;②随着气液比升高,壁面处压力、底流压差及溢流压差均呈现非线性增长的趋势;③随着气液比升高,切向速度增大,却减小了较小气液比(10%～20%)下的组合涡流场指数;④随着气液比升高,轴向速度不断增大,然而过高的气液比(GLR 40%)却增加了流场的不稳定性;⑤气液比的升高提高了水力旋流器的除砂效率并减小了切割粒径,当GLR 30%时组合涡流场指数较小且分离效率较低,GLR 40%时能量损耗较大,确定出最佳GLR区间介于30%～40%。结论认为,该研究成果可以为水力旋流器的优化设计提供参考。     

原油预分水旋流器的机理及试验研究

通过试验和机理研究,分析了原油预分水旋流器的除水分离能力。在胜利油田东辛采油厂辛二接转站对35mm,30mm和25mm原油预分水旋流器进行了现场试验。试验表明,原油预分水旋流器可以有效地分离游离水,而对乳化水基本没有分离能力;当溢流含水主要为乳化水时,其含水量与温度之间没有明显的函数关系。     

组合式预分离水力旋流器试验

在单体预分离水力旋滤器现场试验获得成功的基础上，对两种不同型式（列管式和筒式）组合预分离水力旋流器的现场性能试验和对比试验结果进行了讨论，重点对筒式组合水力旋流器的分离性能进行了研究。摸索出了较为合理的操作参数（处理量、分流比及压力降等），并对预分离水力旋流器的现场应用工艺流程进行了初步探讨。     

新型井下轴流式入口旋流器分析及优选

在国内陆地油田井下油水分离同井注采技术应用中,常规井下旋流器由于径向尺寸较大而经常受到限制,影响分离效率。为此,研发了2种新型井下轴流式入口旋流器,在降低旋流器径向尺寸的基础上,提高旋流器的分离性能。在明确新型轴流式旋流器结构特点、分离机理后,通过数值模拟分析,利用油相体积分布云图阐明不同结构旋流器内油相分布特点,指出循环流对旋流器分离性能的影响。研究速度矢量变化特点,掌握轴流式入口结构的作用及流体分布规律,利用压力降曲线,明确能耗、压力损失的关系。模拟分析结果表明,导流叶片轴流式旋流器切向速度差值为1.2 m/s、轴向速度差值1.5 m/s,溢流压力仅为0.02 MPa,分离效率高、能耗低,为特高含水区块的经济性开发提供技术支持。     

用旋流分离器处理含油污水的前景

介绍了含油污水的形态及分离特性 ,分析比较了旋流分离器脱油与其它脱油技术的性能和费用 ,综述了国内外旋流分离器用于含油污水处理的研究与发展情况。从系统工程的角度指出 ,旋流分离器在含油污水处理中具有良好的应用前景。     

水力旋流器在油田高含水生产中的应用

水力放流器按工作方式和结构可分为固定式和旋转式两种，介绍了固定式和旋转式水力旋流器的结构及工作原理，主要介绍两种水力旋流分离技术及其在高含水油田生产中的应用。水力旋流器结构紧凑，处理量大、效果好。试验证明，在高含水油田地面建设中，可以水力旋流器为主要设备，构成采出液预分离、原油脱水和采出水处理一条龙工艺流程，可替代常规的一次沉降脱水设备。     

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。     

动态水力旋流器及其试验装置

由动力源、单旋体及进 /出液口等组成的动态水力旋流器 ,作为油水混合液的处理装置 ,在电动机的带动下高速旋转 ,内部液流迫旋切向速度高 ,能够提高油水分离效率。同静态水力旋流器比较 ,动态水力旋流器切向速度的最大值在主直径方向半径的三分之一处 ,并且以最大值为界 ,形成两个涡 ,即外部为自由涡 ,内部为强制涡 ,是一种组合涡的结构。轴向速度的特点是液体在器壁附近和核心处各有一个高速的轴向速度区 ,而在二分之一半径附近却存在一个很低的轴向速度区。为了深入研究动态水力旋流器的性能和机理 ,设计了一种能够模拟现场工况的、流程多变的试验装置———动态旋流分离试验台