液液水力旋流器流场特性与分离特性研究(七)——操作参数对分离特性的影响

对液液水力旋流器主要操作参数 ,如流量、分流比、入口压力以及增压方式等分离特性的影响因素进行了分析 ,可为水力旋流器的现场应用提供有益的指导和参考     

分流比对内嵌小锥式固液旋流器性能的影响

基于Fluent数值模拟,借助内嵌小锥式固液旋流器研究了分流比对旋流器分离效率、内部流场和压力特性的影响规律,结果显示:综合效率随着分流比的增加呈现先增大后减小的趋势,其中30%为最佳分流比,此时综合效率最高且质量效率和简化效率都在90%以上;研究还发现,切向速度、轴向速度和径向速度均呈增加趋势,其中轴向速度受分流比影响程度最大。     

分流比对旋流器油水分离性能影响的模拟研究

应用计算流体动力学(CFD)方法,针对不同分流比对旋流器油水分离性能和压力特性的影响进行模拟研究,利用指数坐标系对比分析了分流比对旋流器的速度、压力降、压降比和分离效率的影响及其变化规律。通过分析发现,分流比变化主要影响旋流器内部轴向速度分布,压降比随分流比的增大线性增加,而综合效率随分流比的增大先增大后降低,当分流比为20%时,所设计旋流器的综合效率最高,且质量效率和简化效率均高于95%。     

锥齿型水力旋流器的分离特性研究

对锥齿型水力旋流器的性能进行了试验研究，结果表明这种新型水力旋流器的分离精度、分流比、分离粒度和总分离效率均高于普通水力旋流器的相应指标。还研究了中心锥的几何参数和位置对分离特性的影响。     

水力旋流器分离细颗粒的试验研究

介绍了用于细颗粒分离的水力旋流器的基本结构形式及主要结构参数。并针对旋流器雷诺数、分流比、旋数等无因次参数对压力特性的影响进行了细致的试验研究,找出了这些参数与欧拉数和压降比的相互关系。所有试验均在不含气的条件下进行。结果表明,随着雷诺数、分流比和旋数的分别加大,水力旋流器的压力降呈增加趋势,压降比则呈下降趋势。另外,针对当量直径45μm尿素复合颗粒进行了分离特性研究。结果表明,随着雷诺数的加大,分离效率逐步提高,但并非雷诺数越大越好;对于分流比,则只在低雷诺数时有利于分离效果的改善;旋数分别为9、16和29的实验结果表明,旋数16的总体效果为最优。     

油井采出液预分水用轴向水力旋流器的实验研究

高含水油井采出液的高效预分水是目前油气集输处理领域面临的关键难题之一,轴向水力旋流器因具有结构紧凑、分离效率高等优点而得到了国内外的广泛关注。本文针对自主研发的油井采出液预分水用轴向水力旋流器开展了室内实验研究。与切向水力旋流器对比,轴向水力旋流器不仅分离效率更高,而且油出口处的油滴聚结长大近1.8倍,在分水率高于50%的情况下,水出口处的含油浓度低于1000mg/L;轴向水力旋流器压降较低,且压降比与分流比呈线性相关。分流比、含水率和流量对分离性能均有显著影响,其中分流比的变化直接影响油核的大小和稳定性,室内样机的最佳分流比为0.45,当含水率为90%、处理量为1.00m³/h时分水率与含油浓度分别为62.9%和432.8mg/L;含水率高于75%时分离性能良好;室内样机的最佳流量为1.50m³/h。自主研发的轴向水力旋流器不仅满足性能要求,而且在操作弹性、可控性方面较切向水力旋流器均有一定的提升。     

水力旋流器结构与分离性能研究（四）：———底流管结构

研究了水力旋流器底流管结构形状对其分离性能的影响,结果表明：采用２０°渐扩管结构的底流管时水力旋流器处理能力最高、分离粒度最大;在直管型底流管下部加设堵气锥时水力旋流器分离修正总效率最高、分离粒度最小、分流比最小;采用传统的直圆管结构时水力旋流器分离精度α值最大;采用水封式直圆管结构时水力旋流器分流比最大。     

水力旋流器结构与分离性能研究（三）：锥段结构

研究了水力旋流器锥段结构开关肥及锥段体积对其分离性能的影响，结果表明：采用螺旋型锥段结构时水力旋流器处理能力最高；采用抛物线型锥段结构时水力旋流器的分离修正总效率最高，分离精度最高，分流比最小；采用普通型光滑直锥时旋流器分离粒度最小，随着光滑内壁型锥段体积的增大，旋流器分离修正总效率呈线性提高，而旋流器分流比则呈线性下降。     

轴流式脱气除砂三相旋流分离器操作参数优选

针对一种新型轴流式脱气除砂三相旋流分离器,利用数值模拟分析软件Fluent,对旋流器进行全流场数值模拟,研究得出了旋流器内部速度分布规律、压力降特性和气相、固相体积分数分布情况,对分离器进行变处理量和分流比(溢流、侧向)操作参数的对比分析,优选得出分离器最佳分离性能下的处理量、溢流分流比和侧向分流比分别为6.4m3/h、40%和4%。     

水力旋流器结构与分离性能研究（二）：溢流管结构

研究了水力旋流器溢流管结构形状对其分离性能的影响，结果表明：溢流管采用３０°渐扩管加锥结构时，水力旋流器处理能力最高；溢流管加虹吸装置时，水力旋流器分离修正总效率最高、分流比最小；采用普通型薄壁直圆管结构时，水力旋流器修正分离粒度ｄ５０Ｃ最小、分离精度α值最高。     

脱气除油旋流系统流场分布及分离特性

目前我国大部分油田已进入高含水阶段，且采出液中常带有大量伴生气，采用旋流分离法实现采出液高效分离对于简化陆上油田地面处理工艺及提升海上平台经济环保的采出液处理技术具有重要意义。脱气除油旋流系统由GLCC型气液分离器和油滴重构旋流器串联组成，设计的目的是在保证高效脱气的同时进一步改善对小油滴的去除效果，实现油气水三相高效分离。本文基于计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）方法，利用种群平衡模型（population balance model，PBM）模拟油滴破碎与聚结，对脱气除油旋流系统内部流场特性及粒度分布进行模拟分析，并采用数值模拟与试验相结合的研究方法，对比分析不同含气体积分数和气相出口分流比对脱气除油旋流系统分离性能的影响规律。结果表明：含气体积分数与气相出口分流比对脱气除油旋流系统分离效率的交互作用较显著，在研究范围内综合脱气效率和除油效率可以得到，含气10%、20%、30%的最佳分流比分别为25%、30%、35%，数值模拟结果与试验结果吻合良好，验证了数值模拟方法的可靠性。另外，含气体积分数越大，油滴重构旋流器的油滴分层重构现象越明显，油滴重构旋流器可以在一定程度上改善含气情况下油水分离效果差的现象，脱气除油旋流系统对油气水三相分离的适用性较好。     

除油旋流器内油滴粒径的分布

引　言随着油田水处理技术的发展 ,除油旋流器的使用越来越普遍 .油滴粒径是影响油水分离旋流器性能的一个重要因素 ,它直接影响到旋流器的分离效率及含油污水处理能力 ,防止油滴破碎是油水分离旋流器研究者们共同感兴趣的问题 ,本文研究了旋流器进口粒径变化与旋流器各段分离效率之间的关系以及进口流量、分流比等对旋流器各段边壁油滴粒径的影响 .1　实验装置实验流程如图 1所示 .清水由螺杆泵输送 ,通过螺杆泵可以调节旋流器的进口流量 .油由计量泵注入螺杆泵入口管线中 ,与水充分混合 ,通过调节计量泵的流量可以调节油水混合物的油含量 …     

注气对油水分离水力旋流器流场影响模拟分析

采用雷诺应力湍流模型、混合模型和离散相模型对注气型油水分离水力旋流器进行数值模拟,得到其内部流场的速度分布和油滴粒子运动轨迹,分析对比了注气前后进口流量、分流比和充气量对分离效率的影响,数值计算结果与文献实验值进行了比较。结果表明,充气后流场速度增加,油滴粒子逃逸时间缩短,旋流器分离效率提高5%~10%,在一定条件下气浮对旋流分离起到强化作用。     

Mathematical modelling of a hydrocyclone for the down-hole oil–water separation (DOWS)

In this study, a mathematical model is developed to predict the efficiency of a down-hole oil–water separation hydrocyclone. In the proposed model, the separation efficiency is determined based on droplet trajectory of a single oil droplet through the continuous-phase. The droplet trajectory model is developed using a Lagrangian approach in which single droplets are traced in the continuous-phase. The droplet trajectory model uses the swirling flow of the continuous-phase to trace the oil droplets. By applying the droplet trajectory, a trial and error approach is used to determine the size of the oil droplet that reaches the reverse flow region, where they can be separated. The required input for the proposed model is hydrocyclone geometry, fluid properties, inlet droplet size distribution and operational conditions at the down hole. The model is capable of predicting the hydrocyclone hydrodynamic flow field, namely, the axial, tangential and radial velocity distributions of the continuous-phase. The model was then applied for some case studies from the field tested DOWS systems which exist in the literature. The results show that the proposed model can predict well the split ratio and separation efficiency of the hydrocyclone. Moreover, the results of the proposed model can be used as a preliminary evaluation for installing a down-hole oil–water separation hydrocyclone system in a producing well.     

Experimental study of a vane-type pipe separator for oil–water separation

An experimental study of a new vane-type pipe separator (VTPS) was conducted for the possible application in the well-bore for oil–water separation and reinjection. Results by using particle image velocimetry (PIV) reveal a better flow field distribution for oil–water separation, which is formed in VTPS than that in hydrocyclone. The effects of split ratio, the oil content, guide vanes’ installation and number of guide vanes on oil–water separation performance have been investigated experimentally. Compared to a traditional single hydrocyclone, VTPS shows a good separation performance as the water content at the inlet of VTPS reaches 79.9%, the oil content at the water-rich outlet is about 400 ppm while the split is near 0.70. These results are helpful to provide a possibly new design for downhole oil–water separation.     

优选结构液-液旋流管分离特性

利用库尔特粒径检测技术,对一种优选结构液-液旋流分离管的分离特性进行了较为系统的实验研究。实验测得该旋流管的临界分离粒径为30μm,而相同条件下国外典型产品,即F型旋流管的临界分离粒径为60μm,表明这种优选结构旋流管的分离特性较F型旋流管显著改善;实验结果还表明该旋流管的分离特性随处理量的增加而提高,当处理量为10m~3·h~（-1）时最好;随溢流比的加大而改善,其最佳溢流比为4％～5％;此外,还考察了为含油浓度与粒径分布之间的关系。有关结果为科学严格地评价液-液旋流分离管的分离性能提供了科学依据。     

Experimental Study of a New Hydrocyclone for Multi-Density Particles Separation

Abstract

A new structure of hydrocyclone is designed to meet the demand of separating particles heavier or lighter than water simultaneously. Based on the conventional hydrocyclone, the structural modifications with a section in the middle and a volute chamber on the top of the hydrocyclone to accumulate the separated low density particles. Some factors that influence the separation efficiency of hydrocyclone were investigated in this paper. For the heavy phase, those influencing factors included the inlet flow rate and underflow split ratio. For the light one, different outlets for discharging the light phase were taken into account. The results show that there exists an optimum inlet flow rate for a series of underflow split ratios. The top outlet for separating light phase particles is better than the side outlet's.     

气携式水力旋流器处理含聚合物污水研究

设计出一种用于处理含油污水的新型气携式水力旋流器,采用该旋流器对油田聚驱采出污水进行了现场除油实验。实验研究表明:在原水油的质量浓度为1 000 mg/L左右、聚合物的质量浓度为400～500 mg/L的条件下,最佳分流比为30%、气液比为0.45,出水油的质量浓度在100 mg/L以下。与常规旋流器相比,气携式水力旋流器提高除油效率约10%,在油田聚驱采出污水处理中具有良好的推广应用前景。