Hydrodynamics of the Low-Energy Separator

Abstract

The hydrodynamics and operational principle of the low-energy separator are described. This separator has two stages of separation: pre-separation and a twin separation unit composed of vortex-type separators. Multi-phase flow is fed to a pre-separation pipe designed to create stratified flow. Next, the stratified flow is split up into two streams, one formed mainly by gas and liquid, and another formed mainly by liquid and solid. These streams are diverted toward a twin vortex-type separator where each stream is separated into its individual phases. A three-layer model is used to study the pre-separation process, and a mechanistic-lagrangian model is used to analyze the flow into the twin-separation unit. The device is intended for use on facilities where the space is limited. Potential application of this separator includes, but is not restricted to, separation of multi-phase flows in surface equipment of under-balanced drilling, and in oil production facilities.     

重力式油水分离器内多相流场数值模拟分析

以国内某海洋平台上的重力式生产分离器为研究对象,采用RNGk-ε模型,对分离器内油和水的流动特性进行了数值模拟分析,得出了不同时刻油相与水相的体积分数分布规律。结果表明,混合相入口形式及位置对油相与水相的分离过程存在影响,通过数值模拟得到了受入口影响区域的定量结果。模拟结果与理论分析结果相一致,证明采用的数值模拟方法在油、气、水三相分离过程中的应用具有一定可行性和可靠性。     

重力式分离器内多相界面的自动检测

利用介质的相对密度不同进行沉降分离的重力式分离器，其沉降室内从下到上依次有水／乳、乳／油、油／气等多相界面，多相界面的检测控制，直接影响到分离器的分离效率和分离出的油、气、水质量指标。现有的目测法、差压法、超声波法等都是针对单一界面的物位测量方法，不能同时检测多相界面。河南油田设计院开发的容栅式多相界面检测系统，是利用微机和平行极电容传感器来实现多相界面层高度和厚度的自动检测，并能仿真界面高度的动态变化。该检测系统在河南油田一联合站投入使用，经现场测试，效果良好。     

轴向涡流分离器工作机理及机筒最佳锥角研究

为了研究轴向涡流分离器的结构和分离机理,促进该技术在国内的推广应用,采用涡动力学对轴向涡流分离器机筒内液体的流动情况进行研究,分析了不同转速、分流比下机筒锥角对切向速度和分离效率的影响。分别采用非结构网格和结构网格对轴向涡流分离器物理模型进行网格划分,取模型网格数量为140万个。模拟结果表明,当机筒锥角为10°时,机筒内液体的涡流半径最小而平均切向速度最大;安装有10°锥角机筒的轴向涡流分离器最佳转毂转速范围是3 100～4 300 r/min,在此转速范围内运行时分离器分离效率可达90%以上。     

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。     

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。     

多井汇合干扰现象研究及三相分离器的应用

不同压力系统汇合干扰现象广泛存在于生产中心管输、多层合采、多分支井生产中，干扰现象降低了生产系统的总产出。通过节点系统分析以及数值模拟，讨论分析多井汇合时的干扰规律，并结合实例说明三相分离器在生产系统中的实际应用意义。     

螺线型旋风分离器的结构改进研究

采用螺线型旋风分离器实验装置,考察了排气管插入深度、螺线通道延伸段对螺线型旋风分离器分离性能的影响。结果表明,随着排气管插入深度的增加,螺线型旋风分离器的分离效率先增后减,当排气管的插入深度与进气口高度相等时,分离效率最高;添加螺旋通道延伸段,可在压力降不变的情况下有效提高分离器的分离效率。在本实验条件下,与普通螺线型旋风分离器相比,在相同压力降时,改进后的螺线型旋风分离器分离效率可提升6%~10%,能除尽10 μm以上的颗粒,对2 μm以下的超细颗粒也有较好的捕集效果。基于边界层分离理论,建立了螺线型旋风分离器的粒级效率计算公式,计算值与实验数据吻合性较好。     

天然气超音速分离器中漩涡发生器及喷管的数值模拟研究

天然气超音速分离技术是近年来发展起来的新型天然气脱水技术。漩涡发生器及喷管是天然气超音速分离器的关键部件之一。通过对直叶片、折叶片和弯叶片三种不同叶片形式的漩涡发生器的流场进行了数值模拟研究,结果表明,弯叶片的漩涡发生器具有良好的性能。此外,对天然气超音速分离器的喷管流动进行了研究。结果证明,本文采用的漩涡发生器和喷管可以获得很低的温度和强大的离心力,可以使天然气中的水蒸气冷凝成小液滴并分离出来,从而达到天然气脱水的目的。     

外导流管对旋风分离器流场的调控

采用雷诺应力模型(RSM)和离散相模型(DPM)对旋风分离器内的气-固两相流动进行了数值模拟计算,比较了带有不同外导流管的旋风分离器内流场、压降和分离效率,并探究了不同外导流管管径对旋风分离器内的流场调控及分离性能的影响。结果表明：外导流管可以改善旋风分离器内的二次涡分布,减小纵向环流的影响范围,降低二次涡间的协同作用,并抑制灰斗入口和料腿入口的二次流,从而提高分离效率;其中,带有H-E型外导流管的旋风分离器有效地提高了细小颗粒的分离效率,对粒径4 μm以下颗粒分离效率的提高可达10%以上;H-E型外导流管对入口气流进行分流,可以减小气流的旋流损失,使压降降低16.7%。此外,外导流管管径对H-O型旋风分离器分离性能影响较小,对H-E型旋风分离器分离性能影响较大。     

一种强适应性高效分离脱水器设计分析

介绍了为新疆哈得4油田设计的一种强适应性高效分离脱水器。该设备具有结构合理、内部空间利用率高、分离效果好和投资较少等特点。利用这种分离器对含水原油一次处理后,净化原油含水小于1%,污水含油小于1000mg/L,使传统原油处理工艺流程得到简化。作为关键处理设备,适合哈得4油田不同开发时期的多种工况的分离脱水要求,取得了理想的使用效果。     

Hydrodynamics and Mass Transfer in a Modified Three-phase Airlift Loop Reactor

A modified internal-loop airlift reactor (MIALR) with a continuous slurry phase was studied to investigate the local hydrodynamic characteristics, including gas holdup, bubble size, bubble rise velocity and local mass transfer properties. Based on the analysis of geometrical construction and fluid properties of gas and slurry, MIALR was divided into six flow regions. In these flow regions, the local hydrodynamic characteristics were investigated over a wide range of operating variables. Furthermore, a new method was developed to measure the dissolved oxygen concentration. The volumetric mass-transfer coefficient in six flow regions was also calculated for comparison.     

螺杆式冷冻机润滑油分离器的改造

因为油分离器结构设计存在的不合理,导致冷冻机润滑油不能彻底分离,进而影响了机组致冷能力和装置的运行。通过对冷冻机润滑油分离器原因分析并对其进行改造,使润滑油得以彻底分离,机组致冷量达到设计要求并以满负荷运行,保证了装置的运行。     

空分装置设计中的安全技术

空分装置设计的安全问题日益引起各有关部门的重视。外国空气产品公司纷纷根据各自的研究成果和经验,编制各自的有害介质在液氧中的含量标准及有关规定。中国尚无统一的有害介质控制指标。     

深水水下分离器的试验研究

为了解深水水下分离器的工艺性能和分离效果,对其进行了室内试验研究。根据相似理论,制作了分离器试验样机。在给出试验流程和试验条件后,确定了3个试验目标,即气相逃逸量、液相流动和油水分离效率。试验结果表明,入口预分离构件内部形成较为稳定的气相流场,气相的分离效率在90%以上;布液管起到了布液和改变流向的作用;整流构件对液相流速进行了规整,分离器的油水分离效果和稳定性较佳,在重复性试验中,水中含油质量浓度和油中含水体积分数均稳定在较低的范围内。     

高含水采出液T形管分离器的流场数值模拟

传统的油田集输工艺损耗能量大,运行成本高.鉴于此,基于Fluent数值模拟软件,采用RNG k-ε湍流模型和欧拉多相流模型对T形管分离器的流场特性以及油水分离过程展开研究.研究结果表明:油水两相速度分布规律基本相同,在主管中沿流动方向速度逐渐降低,分支管中速度最大,水相在主管顶部区域速度较小,在汇管中上述分布趋势更加明...     

测试分离器与测试分析仪表

测试分离器是原油生产工艺设施中一个重要的测试设备,它通过油、气、水分离来达到三相测定的目的。本文介绍了质量流量计、油水分析仪和多相流量计,对用这些仪器部分和全部取代测试分离器的功能作了探讨。     

Investigation of a Centrifugal Separator for In-Well Oil Water Separation

Abstract

A liquid–liquid centrifuge has been tested for possible application as a downhole method for separating crude oil from produced water. Centrifugal separators of various sizes (from 2- to 25-cm rotor diameter) have been built and operated over the past three decades at various US Department of Energy facilities. These units have several characteristics that make them attractive for downhole applications, including excellent phase separation, reliability in remote applications with >20,000 h of operation prior to maintenance, and the ability to handle high volumetric throughput with a very low residence time. In these studies, water-to-oil feed ratios of 10:1 to 1:19 were tested with a light Gulf of Mexico crude oil, and the separator operated efficiently for the full range of feed ratios. Air was added to the oil stream in one test to model the effect of gas in the oil. Air additions up to 20% of the feed flow rate (the maximum tested) did not have any impact on the performance of the separator. The separator also effectively processed a very viscous North Sea heavy crude oil. The heavy crude was used to determine the effect of higher temperatures on the performance of the separator. Increasing the temperature of the oil and water feed stream improved overall performance and decreased the concentration of oil in the water discharge stream.     

海上油气水多相管流中沿程摩阻因数分析

沿程摩阻因数是制约多相管流发展的关键,摩阻因数是压降计算的重要内容之一,其计算的准确性直接决定了压降计算的准确性。基于Xiao等人的流型判别法,将流型分为分层流、段塞流、环状流和分散泡状流等4种流型。分散泡状流仅需用到气体或液体与管壁之间的相互作用;分层流、环状流和段塞流不仅用到气体或液体与管壁之间的相互作用,还要用到气液界面之间的相互作用。气体或液体与管壁之间的沿程摩阻因数可以采用单相流体的沿程摩阻因数方法计算。对于不同的流型,气液界面的摩阻因数计算方法也不同。     

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。