油水旋流分离器流场模拟分析与研究

采用流场模拟方法研究了油水混合物在旋流分离器中的流动状况,湍流模型采用多相流中湍流Reynold应力输运方程模型(DSM),基本方程的离散和求解采用SIMPLEC算法。利用计算流体动力学(CFD)分析程序,对油水旋流分离器进行了计算与分析。结果表明:模拟流场的特征与理论描述和物理实验所得到的特征一致,并定量分析了流量对压降、流体粒径对分离效率的影响及其应对措施。所用方法为深入揭示旋流分离器中油水的分离规律提供了有效手段,可用于预测和分析旋流分离器的分离性能,结构优化及揭示特性参数影响旋流分离器性能的规律。     

井下气液分离器中流体速度场的运动分析

井下气液分离器是采气工艺新技术－－井下气液分离与产出水直接回注技术的专用设备。目前,在国外研究采用气液旋流分离器和螺旋分离器作为井下气液分离系统的主体。介绍了井下气液分离的基本原理,重点分析了流体在旋流式气液分离器中速度场的变化,以及气相和上的流动状态。通过流体的运动模型,分别描述了流体的切向速度、轴向速度和径向速度的分布,认为气液在旋流分离器内流体的流动业一种特殊的三维椭圆形强旋转湍流动力,切向     

旋风分离器内速度场和压力场关系的研究

利用五孔球形探针测试测试了旋风分离器内典型三维旋转流动的速度和压力分布规律以及安装了不不断面形状，尺寸及长度的减阻杆后速度和压力分布变化，从而在分析减阻杆减阻机理的同时，认识了旋风分离器内速度分怀压力分布的相互关系。     

PV型旋风分离器内流场的试验研究

用五孔球探针与热线风速仪测定了不同结构参数的ＰＶ型旋风分离器全空间内的三维速度分布，总结了入口气速与主要结构参数变化后对流场的影响规律，提出了相似放大的办法。结果表明，在旋风分离器的蜗壳顶部存在纵向二次流，在芯管下口附近存在短路流，在排尘口处有较强的灰斗返气，这些均不利于气固分离     

2种结构油水旋流分离器流场数值模拟研究

采用雷诺应力模型(DSM)和SIMPLEC算法,对筒锥型和圆筒型油水旋流分离器的内部流场进行了数值模拟计算,得到这2种结构旋流分离器的内部切向速度和轴向速度分布。分析研究得出如下结论:(1)数值模拟计算值与实验值存在少许差异,但两者非常接近,数值模拟可为旋流分离器结构研究提供可靠依据;(2)筒锥型和圆筒型旋流分离器零轴向速度皆位于r=(0.3~0.35)D处,而筒锥型旋流分离器z=218mm处,流动分成上、下2部分;(3)圆筒型旋流分离器没有筒锥型旋流分离器的分离空间,靠近底流口的切向速度仍较高,使流体中的颗粒绕轴心旋转不易流入轴心处分离。     

旋风分离器内速度场与压力场关系的研究

利用五孔球形探针测试了旋风分离器内典型三维旋转流动的速度和压力分布规律以及安装了不同断面形状、尺寸及长度的减阻杆后速度和压力分布的变化。从而在分析减阻杆减阻机理的同时，认识了旋风分离器内速度分布与压力分布的相互关系。     

超声速旋流天然气分离器研究

超声速旋流分离是天然气处理工艺技术的一大突破。超声速旋流分离器依靠喷管膨胀形成低温超声速流动，依靠超声速翼形成旋流实现水及重烃分离。利用计算流体力学（CFD）技术研究了超声速旋流分离器内的流体物性及流场特性，分析了超声速旋流分离器内温度、压力、速度等特性参数的变化规律，研究了凝析液滴在超声速旋流分离器内的运动轨迹及不同粒径尺寸的液滴在分离器内的停留时间。研究表明，超声速旋流分离器水分及重烃分离效率高，能够替代传统的低温分离工艺。     

国内外旋流分离器特点及发展方向

国内外旋流分离器特点及发展方向朱浩东，杨敏，梁家刚（江汉机械研究所）旋流分离器是利用旋转流体产生的离心力使两相流分离的设备。按其工作介质可分为旋风分离器和旋液分离器。前者主要用于气固两相分离，应用范围广泛，对这类分离器的理论和实验研究比较深人，对内部...     

液──液旋流分离器技术水平概述

液──液旋流分离器技术水平概述张有志（江汉机械研究所）常见的旋流分离是固－液旋流分离或固－气旋流分离，而液－液旋流分离只是国外近１０年才出现的。但英国人ＤＢｒａｄｌｅｙ早在１９６５年就提出了液－液旋流分离是可行的观点，只不过还有许多难题尚待解决。又经...     

管式静电旋流分离器的设计及内部流场研究

静电聚结与旋流分离相结合可以提高油水乳化液的分离效率,有效减少油水分离设备的占地面积。但现有静电聚结旋流分离器方面的研究文献均未关注水出口的含油量,同时缺少对分离器的具体结构参数设计。为此,提出了一种新型结构的管式静电旋流分离器。该分离器采用切向入口+等螺距螺旋叶片+向前型母线椭圆形叶片的多次起旋结构;依据油水乳化液中分散相粒径值和原紧凑型静电聚结器达到一定聚结效果的电场停留时间,初步确定了分离器的主体结构尺寸;在此基础上对简化后主体流道的内部流场进行了CFD数值模拟,分析了起旋叶片级数、分流比、入口流量及分散相水滴粒径对分离性能的影响。研究结果表明:对于含水体积分数为30%的油水乳化液,当分散相粒径为150μm、流量为4. 5 m3/h、分流比为0. 1时,分离器水出口含油体积分数小于0. 1%,分离效率达99. 3%。管式静电旋流分离器可多次发挥静电聚结和旋流分离的作用,大幅提高分离性能,实现水出口含油量和油出口含水量的双向指标控制。     

Research on High-Efficiency Cyclone Separators and Their Optimum Design

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＨｉｇｈＥｆｉｃｉｅｎｃｙＣｙｃｌｏｎｅＳｅｐａｒａｔｏｒｓａｎｄＴｈｅｉｒＯｐｔｉｍｕｍＤｅｓｉｇｎＳｈｉＭｉｎｇｘｉａｎ，ＪｉｎＹｏｕｈａｉ，ＷｕＸｉａｏｌｉｎ，ＣｈｅｎＪｉａｎｙｉ，ＬｉｕＪｕｎｒｅｎ（ＵｎｉｔｅｄＲｅｓｅ...     

旋风分离器内非轴对称旋转流场的测量

采用相位多普勒分析仪研究了不同入口旋风分离器气相非轴对称流场。首先采用圆管层流实验验证测量系统的准确性,然后考察不同入口结构下直筒型旋风分离器内部流场的分布特点。实验测得的切向、轴向速度、湍流度分布与旋风分离器典型流场分布特点一致。对比3种入口结构旋风分离器测量结果发现,随着入口结构轴对称性逐渐增加,其内部流场分布的非轴对称性明显减小,旋转中心与旋风分离器几何结构中心之间的偏心距也明显减小,有利于提高旋风分离器的分离效率并降低因涡核摆动造成的摩擦阻力。合理地布置入口结构是抑制单入口旋风分离器非轴对称旋转流动,提高旋风分离器性能的有效手段之一。     

排气管直径对旋分器非轴对称旋转流场的影响

采用相位多普勒分析仪研究了4种不同排气管直径的旋风分离器气相非轴对称旋转流场。结果表明,实验测得的切向速度、轴向速度、湍流度分布与旋风分离器典型流场分布特点一致;随着排气管直径的减小,旋转中心与旋风分离器几何结构中心之间的偏心距也明显减小,其内部流场分布的非轴对称性减弱,有利于提高旋风分离器的分离效率,并降低因涡核摆动造成的摩擦阻力。说明合理地设置排气管直径是抑制单入口旋风分离器非轴对称旋转流动、提高旋风分离器性能的有效手段。     

井下两级旋流分离技术流场模拟研究

随着油田开采程度的持续深入,降低生产成本和提高采出效率正逐渐成为各油田提高竞争力的重要手段。井下两级旋流分离技术可进一步提高分离效率,降低回注水的含油量,提升回注水品质,大幅度降低地面采出液及采出液含水率,是油田降低开采成本的重要举措及技术支持。通过井下两级旋流分离技术流场模拟研究,重点分析新型螺旋流道旋流器(一级旋流器)内部的流场特点,研究其速度矢量及速度分量的变化规律,压力损失特点和油相分布规律。新型结构的螺旋流道使流经其内部的流体从单一的轴向运动转变为旋转运动,流体运动空间的改变使其切向速度增加明显,有利于进行离心分离。流体在运动过程中的压力损失转变为流体的速度增量,与流体经过螺旋流道后速度矢量的变化相对应,但因循环流的存在,扰乱了溢流管下部油核及相邻位置流体的正常运动,使油核发散、流场紊乱,令新型结构的旋流器效率有所降低。经过流场分析,进一步认识井下两级旋流分离器的流场分布规律,有利于旋流器的结构改进及现场应用。     

基于Q判据的不同排气管直径旋风分离器内部涡分析

为了研究排气管直径对旋风分离器内部流场的影响,采用雷诺应力模型对4种不同排气管直径的旋风分离器进行气相流场的数值模拟,同时引入Q判据识别内部空间涡的结构。结果表明,利用Q判据做出的涡等值面,可以较为直观地看出涡结构的变化趋势。在一定范围内,减小排气管的相对直径,可以使旋风分离器内部流动更加稳定;但当排气管直径过小时,内部湍动作用会加剧,能量损失加大。在壁面处,有封闭的涡线形成,能量损失加剧;改善壁面处的涡平衡,可以有效抑制封闭涡线的形成,从而减小能量损失,提高分离效率。此外,涡核摆动并不是随着排气管直径的增大就越剧烈,而是存在一个极值,在极值处涡核摆动整体最小;适当地调整排气管直径,有利于涡结构的平衡,提高流体的稳定性,从而提高分离效率。     

旋风分离器自然旋风长的影响因素

自然旋风长为旋涡尾端到排气管下口截面的轴向距离。旋涡尾端是复杂的湍流动力学现象,对旋风分离器内颗粒返混、壁面磨损、料腿结垢和堵塞有重要影响。目前,学者们将自然旋风长的影响因素主要归结为筒体直径、入口面积和排气管直径3个方面,忽略了其他结构参数及操作参数的影响,故经验公式的准确性及适用性较差。笔者对旋风分离器内部能量传递过程进行分析,阐述旋涡尾端的存在机理,并实例说明自然旋风长经验公式的局限性与不足,总结了筒体的高/径比、锥体尺寸等几何参数,以及入口速度、入口浓度等操作参数对自然旋风长的影响,以期为旋风分离器高度的设计优化提供参考。     

高温高压旋风分离器的结构及性能

为了提高旋风分离器在高温高压条件下的承压耐温能力,根据工业应用成熟的PV型高效旋风分离器的结构,提出一种长圆切向入口、两端封头的压力容器式旋风筒体旋风分离器(简称容器式旋风分离器)。流场模拟分析表明,在相同入口气速下,容器式旋风分离器外旋流区的切向速度明显高于PV型旋风分离器,且器壁附近向下的轴向速度也略高于后者,中心涡核区轴向速度低于后者。用中位粒径为9.8 μm的滑石粉进行加尘冷模实验表明,相同气速下,容器式旋风分离器的分离效率较PV型旋风分离器的高约2%;相同压降下,前者的分离效率明显高于后者。容器式旋风分离器结构简单,结构强度和分离性能优良,可供高温、高压工况的分离操作使用。     

油水分离水力旋流器内流场试验研究

论述了油水分离水力旋流器的结构及性能。采用先进的二维激光多普勒测速仪（ＬＤＶ）定量测试了两种不同结构模型的内流场。根据油水分离水力旋流器的结构和内流场特点，将流场分为造旋区、分离区和稳定区等三个区。在造旋区内，流体携带的能量主要转化为旋流加速；分离区是油水分离的主要区段，一般为锥形结构，以补偿动量矩的消耗，维持较高的旋流速度；稳定区则是为了稳定造旋区和分离区的流动，在稳定区底流口应避免产生回流。     

水力族流器分离油水中间层乳化液的现场试验

叙述了用水力旋流器处理油水中间层乳化液的现场试验情况，比较了固液分离旋流器与油水分离旋流器的异同，分析了油水中间层乳化液的成因及温度、分流比、添加破乳剂等对分离效率的影响。现场试验表明：（１）用水力旋流器分离油水中间层乳化液是可行的；（２）选取分流比的数值稍大于乳化液含油浓度可得到较高的分离效率；（３）对乳化液加温时温度控制在５０℃～６０℃较为经济；（４）在乳化液进入放流器前加入１００ｐｐｍ破乳剂，经旋流器处理再沉降后，最终可将原油含水降至５％以下。     

旋流油水分离器在胜利油田辛二站的应用

采用地面高效油水分离技术，实现原有地面工程系统的总体调整，已成为现阶段适应高含水开采期油田地面建设的一项重要任务。在小型先导试验成功的基础上，采用大排量液—液水力旋流器（简称旋流油水分离器）将辛二接转站改造成小型联合站，节省投资45．2％，省去新征地11．4亩，经济效益十分明显。实际应用情况表明，该旋流油水分离器系统运行平稳，对含水率在90％左右的产出液，经旋流预脱水后油中含水≤50％，平均为44．8％；经旋流除油后，水中含油＜40mg／L，平均为37．3mg／L，完全达到了工艺设计指标。