水力旋流器在应用中若干问题的探讨

水力旋流器作为一种新型,高效的分离设备,有着广阔的应用前景,笔者结合水力旋流器室内实验和现场试验,对水力旋流器在矿场应用中若干个问题进行探讨,得出结论：随着水力旋流器入口流量的增加,操作压力的提高,乳化加剧;能耗主要取决于水力旋流器的入口流量和压降;旋流管直径的选择要综合考虑能耗和分离效率之间的关系,在入口含量浓度一定的情况下,分流比的大小决定了溢 流含油浓度的大小和底流口流水含油的多少,分流比越大,分离效率越高,则底流口中水的含油就越低,而油中含水则就高。     

分流比对脱水型旋流器性能影响的实验研究

分流比对脱水型油水分离旋流器的性能具有显著影响。采用D20旋流器对水体积分数为5%的油水混合液进行了分流比对旋流器性能影响的实验研究,对比分析了不同入口流量下分流比对旋流器的分离效率、压降比以及压降的影响及其变化规律。结果表明,旋流器的简化效率和综合效率随分流比变化的曲线在增长的过程中存在一个拐点,该点处的分流比F=5.5%,最佳分流比选择5.5%~6.0%比较合适。在本次实验范围内,压降比随分流比的增大线性减小。溢流压降随分流比的增大而减小,溢流阻力系数则基本不变;底流压降在分流比增大的过程中基本保持不变,底流阻力系数减小。     

操作参数对除油旋流器粒径分布的影响

采用CILAS激光粒度分析仪测量旋流器的进出口及旋流器壁的粒径分布。分析了除油旋流器中的入口流量,分流比等操作参数对旋流器各段边壁油滴平均粒径的影响,研究结果表明,当入口流量达到一定程度时,旋流器各段边壁油滴的平均粒径随入口流量的增加而降低,此时旋流器的分离效率较高,如果入口流量低于某一临床值,旋流器各段边壁油滴的平衡粒径则不随入口流量的变化而变化,此工况下旋流器的分离效率较低,本实验条件下,入口流量的临界值为4．5m^3/h,分流比对旋流器各段边壁的油滴粒径影响不大。在同一操作条件下,沿旋流器的轴线方向,各段边壁油滴平衡粒径逐渐减小。     

液-液水力旋流器的压降、流量和分流比的关系

通过分析已有水力旋流器压降的经验关系式,得到了两种模型。在已有模型的基础上,提出了一种新的、罗完善的旋流器压降、分流比和流量三者裼 数学模型。用除油型和旋流器进行得到了三种模型的具体表达式。对特定结构肇流器压降的实测表明,新模型计算的入口到底流口的压降误差小于２％,入口到溢流口的 降误差小于３％,。计算精度地高于另外两种模型;计算结果还表明,压降大约与流量的２次方成正比。与分流比相比,流量对压降的     

操作参数影响预分水旋流器的机理及试验研究

３５ｍｍ 和２５ｍｍ 预分水旋流器的现场试验结果表明, 操作参数对旋流分离效果的影响非常大, 相同结构尺寸的旋流器, 在操作参数不同时, 其分离效果相差很大。影响旋流器分离性能的操作参数主要是进口流量和分流比。流量和分流比与进口压力、底流口压力和溢流口压力间存在函数关系。通过调节进口到底流口的压差和进口到溢流口的压差, 可以控制旋流器的进口流量和分流比。预分水旋流器存在一个最佳分流比, 与此相应的溢流含水量最小。３５ｍｍ 预分水旋流器的最佳分流比为０－２２ ; ２５ｍｍ 预分水旋流器的最佳分流比为０－１６。分流比越大, 底流含油量越小。而在较大的流量范围内, 进口流量对旋流器分离效果没有显著的影响。     

预测油水分离旋流器在溢流工况下流量—压降特性的关系模型

通过对油水分离旋流器流量－压降和压降比－分流比的实验分析，首次在有溢流与无溢流工况之间建立了旋流器流量－夺降特性的关系模型。用该关系模型预测了压降比与分流比之间接的变化关系，在已知溢流回路的管路特性时，也可用该关系模型预测油水分离旋流器在不同的有溢流工况下的流量－压降或压力的变化规律，其预测值和实测值的一致性是相当好的。     

分流比对油水分离旋流器基本性能的影响

为了探讨分流比对油水分离旋流器基本性能的影响程度 ,描述了旋流器的分离效率、压力降和分流比等重要参数。通过分流比对分离效率以及分流比对压力降影响的试验与讨论 ,认为随着分流比F的增大 ,分离效率Ec 也逐渐增大 ,但当F上升至 2 0 %时 ,Ec 不再上升 ,F过大 ,Ec 反而下降 ,削弱了旋流器的工作性能 ;分流比F对溢流压降Δpio影响较显著 ,而对底流压降Δpiu影响不大 ,其中溢流压降Δpio随F的增加而增加 ,底流压降Δpiu存在随F的增加而下降的微小趋势。在操作中应综合考虑分离要求和经济性 ,从而确定最佳分流比Fc。     

双锥脱油旋流分离器流量和压力特性试验

用35mm双锥脱油旋流分离器进行试验，重点在有溢流和无溢流情况下研究了液－液旋流器的流量、压力和分流比之间的关系。揭示了不同情况下流量、压力和分流比的变化规律，发现双锥旋流器和单锥旋流器的压降与进口流量的关系和分流比与压降比的关系一样是唯一的；当底流出口背压一定时，溢流流量与进口流量之间成线性关系。     

高含水原油对水力旋流器预分离性能的影响

简述了高含水原油经水力旋流器分离时出现乳化的原因, 讨论了影响水力旋流器高含水原油预分离性能指标, 并对影响高含水原油预分离性能的重要参数———旋流器入口流量、分流比、压降和溢流口直径等分别进行了试验。试验结果表明, 当水力旋流器的流量、分流比和压降比控制在一定范围内时, 选择适当溢流口直径才能同时提高分离效率和脱水效率, 使高含水原油预分离后溢流的含油浓度满足生产要求, 底流口污水的含油浓度也满足后续除油工艺要求。     

脱油型动态水力旋流器操作参数的试验研究--压力、压差及压降比的试验测定与分析

研究了油水分离用动态水力旋流器流量、转速及分流比等与压力的关系，同时对压力、压差、压降比进行了试验测定与分析。通过旋转的有机玻璃壳体观察，发现底流必须有一定的背压，底流压力与溢流压力有适当的压差关系时才会获得较好的分离效果。试验表明，旋流器正常运行时，必须使入口压力、底流压力与溢流压力之间获得较好的分配关系。     

水力旋流器压力损失的综合试验研究

通过对水力旋流器压力损失的分段测定,发现旋流腔和锥体段压力损失最大,占总损失的50%以上,其次是入口段,接近40%,而圆柱尾管段所占比例最小,不到10%;而且各段所占比例基本不随流量变化而改变。由于旋流分离的有效压力损失段在旋流器内腔,并非在入口处,因此减小入口段压力损失是降低水力旋流器无效能量损耗的突破口。利用非金属材料水力旋流器进行试验,找出了有效降低水力旋流器压力损失的方法,试验结果证明,加大水力旋流器入口截面尺寸可有效降低总压力损失,而其分离效率基本不受影响。     

井下双级串联式水力旋流器数值模拟与实验

利用Euler-Euler法与大涡模拟相结合对井下双级串联式水力旋流器的分流特性和分离特性进行研究,并与实际实验结果相对比。结果表明：入口流量由20 m³/d增加到60 m³/d时,总分流比的范围逐渐变大,且第一、二级水力旋流器的溢流口流量之比与总分流比的变化关系是函数关系;在一定范围内,底流含油质量浓度随着入口流量的增大先减小后增大,随着总分流比的增大先减小后增大;入口流量为25~50 m³/d且总分流比为0.28~0.75时,底流含油质量分数不大于200×10^-6;数值模拟预报的分流特性与实验结果一致,预报的分离特性与实验结果存在一定差异。该模拟解决了文献[23]提出的监测模型难以用于配带双级串联式水力旋流器井下油水分离系统工况诊断的问题,并给出了井下工况调节时总分流比的推荐范围,从而可以为现场应用提供一定指导。     

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。     

预分水旋流器的现场试验及评价指标分析

介绍了液 -液旋流分离器的操作参数、分离性能、能耗等技术指标 ,对其性能评价指标做了分析。在实践和理论分析的基础上 ,提出了高含水原油预分离旋流器分离性能的评价指标、能量消耗计算方法及综合性能评价指标。通过在辛二站的现场试验 ,研究了旋流器的压差 -流量关系、分流比 -压差比关系和处理效果与进口流量、分流比的关系 ,以及综合评价指标与进口流量的关系。由试验看出 ,在较大的流量范围内 ,进口流量对高含水预分离旋流器的分离性能影响不大 ,但分流比对分离性能的影响明显 ,应对分流比严格控制。旋流器的压降与进口流量的平方成正比 ,体积能耗随流量的增加而增大 ,因此综合评价指标随流量的增大而减小。为了在较低能耗下获得较好分离效果 ,应使旋流器在较小进口流量下工作。     

水力旋流器能量耗散特性实验研究

对直径为35mm的除油水力旋流器能量耗散与分流比的关系进行了实验研究。当改变溢流孔径和入口流量时,只要分流比控制在0～25%,旋流器的能量耗散在不同入口流量下都能保持与入口流量相应的常数值。     

结构参数对双锥旋流器压降比和分流比的影响

通过试验研究双锥油水分离旋流器的压降比和分流比两个无因次参数之间的关系，以及结构参数对两者关系的影响，发现压降比和分流比的关系仅与旋流器的结构参数有关，与操作参数无关；压降比和分流比的关系是非线性的，其非线性程度随溢流口直径的减小而增强，当分流比较小时近似处理为线性会造成较大误差；尾管直径比对压降比和分流比关系曲线的起点和变化趋势影响较大；进口尺寸对压降比和分流比关系曲线的起点影响很大，对其变化趋势影响较小；小锥对压降比和分流比关系曲线的起点影响较明显，对其变化率影响不大，大锥则仅对变化率略有影响。     

结构及操作参数对旋流器轴向速度场的影响——液-液水力旋流器速度场研究之四

在研究旋流器轴向速度分布规律的基础上,分析了短路流与循环流的形成原因,试验研究了改变操作参数,即改变入口流量Ｑｉ与分流比Ｆ对轴向速度场的影响。认为短路流与循环流是由旋流器结构决定的,很难完全消除,它们干扰了旋流腔和大锥段的流场,在一定程度上也影响了分离精度。试验结果表明,加大入口流量Ｑｉ与分流比Ｆ,并将其控制在一定范围内,便可提高分离效率。这项研究对水力旋流器分离机理的认识与实际应用均有重要意义