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。     

除油旋流器操作参数对分离效率影响的数值模拟

利用计算流体动力学Fluent软件模拟分析用于油水分离的水力旋流器内油滴的运动轨迹,分析入口油滴粒径、分流比、入口流量对旋流器分离效率的影响。采用雷诺应力模型和离散相模型对油水两相进行数值模拟,入口油滴粒径分别为10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm,分流比分别为2%、2.6%、3.9%、5%、5.8%、7%,入口体积流量分别为3.5m3/h、4.3m3/h、5.2m3/h、6.1m3/h、6.9m3/h。数值模拟结果表明,数值模拟结果与实验结果基本吻合;油滴的分离区域主要集中在圆柱段、大锥段以及小锥段上半部分;随着油滴粒径的增大,旋流器分离效率增加;随着分流比和入口体积流量的增大,分离效率都表现为先增大后基本不变;最佳分流比随着入口油滴粒径的减小而增大。     

焦化塔顶油气分离用旋风分离器分离性能实验研究

为了研究颗粒入口数量对旋风分离器分离性能的影响,以延迟焦化工艺的焦化塔顶油气除焦为背景,在一套旋风分离器冷模实验装置上,研究了不同焦粉颗粒入口质量浓度和入口体积流量对单切、双切2种旋风分离器总分离效率、粒级效率和压降的影响。实验结果表明,2种旋风分离器的总分离效率均随入口质量浓度的增大而升高,随入口体积流量的增大先升高后降低;2种旋风分离器粒级效率均随颗粒粒径的增大先降低后升高;2种旋风分离器的压降均随入口体积流量的增大而升高,但随入口质量浓度的增大而降低。当入口体积流量为85 m³/h、入口质量浓度为30 g/m³时,单切旋风分离器最佳总分离效率在98.89%,压降为710 Pa,临界粒径为6μm;入口体积流量为95 m³/h、入口质量浓度为24 g/m³时,双切旋风分离器最佳总分离效率在99.16%,压降为1 110 Pa,临界粒径为3μm。     

焦化油品微旋流脱焦粉实验研究

焦化油品(包括焦化汽油、焦化柴油和焦化蜡油等)通常不同程度携带焦粉,20μm以下焦粉难以脱除,严重影响下游装置正常生产。笔者设计了25 mm液-固微旋流分离器,考察微旋流除焦粉分离性能,并与理论计算值对比。结果表明,微旋流器分离焦粉的分离效率随着流量增加先上升后下降,并存在最优分流比;在进口焦粉颗粒平均粒径为25 μm、流量为0.86 m³/h、分流比为5%时,分离效率在92%以上,分割粒径为6μm,适用于含焦粉焦化油品的分离净化。在旋流器的高效工作区,采用平衡轨道模型和停留时间模型计算的分割粒径值均比较接近实验值,而在小流速时偏差较大。     

分离腔结构对井下旋流器分离性能的影响研究

为得到水力旋流器的最佳分离效果,采用数值模拟方法,通过改变入口进液速度和分流比,对导锥式旋流器和倒锥式旋流器的流场特性及分离性能进行了对比分析,获得了相同操作参数下两种结构的速度场、浓度场(溢流口油相体积分数)及压力场分布特性。分析结果表明:当入口进液速度为0. 3～1. 5 m/s时,导锥式旋流器具有较高的分离性能,此时压降比不高于1. 5,溢流口油相集中,随入口进液速度增大分离效率由97. 5%上升到99. 2%;当进液速度为1. 5～3. 5 m/s时,倒锥式旋流器分离高效且稳定,此时压降比不高于1. 5,溢流口油相集中,随入口进液速度增大分离效率由98. 0%上升到99. 7%;倒锥式旋流器的零轴向速度包络面有扩充作用,且倒锥结构可减缓流场中混合液速度;导锥式旋流器最佳分流比为20%,倒锥式旋流器最佳分流比为30%。研究结果可为同井注采工艺中油水分离器选型提供参考。     

微孔注气式旋流器分离性能试验研究

为了满足油田三次开采后水处理的高要求,设计了新型水力旋流器——微孔注气式旋流器。针对影响该旋流器分离性能的因素进行了试验研究,分别在大锥段注气和小锥段注气的2种注气方式下,研究了该旋流器的含气体积分数和分流比对分离效率的影响,以及分流比与压降比的关系,并进行了对比。结果表明:旋流器的最佳分流比为25%,最佳含气体积分数为30%,旋流器的压降比随着分流比的增加而加大;大锥段注气时,旋流器的最高分离效率为85.4%,平均分离效率为84.0%;小锥段注气时,旋流器的最高分离效率为89.2%,平均分离效率为87.3%。最后指出小锥段注气为最佳注气方式。     

轴入导锥式水力旋流器分离性能研究

入口是预分离介质进入旋流器的首要通道,入口结构对水力旋流器的分离性能至关重要。在创建轴入导锥式水力旋流器数值模型的基础上,分析了分流比和入口速度对旋流分离器分离性能的影响,并借助试验对模拟所得结果进行了验证。分析结果表明:随着分流比的增加,分离器的分离效率呈现出先逐渐升高后降低的趋势,当分流比为20%时分离效果最好,现场试验的分离效率可达91.5%;轴入式水力旋流器在一定的范围内,随入口速度的增加分离效率升高,当入口速度达到2.4 m/s时,试验分离效率达到92.0%。所得结论可为轴入导锥式水力旋流器的现场应用提供参考。     

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。     

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。     

液-液分离水力旋流器油滴破碎与聚并的数值模拟

为了研究水力旋流器内液滴的破碎和聚并以及其对分离性能的影响,运用欧拉-欧拉多相流模型和RSM湍流模型数值模拟旋流器内的油水分离,同时采用群体平衡模型描述油滴间的相互作用。研究结果发现:油滴的破碎主要发生在旋流器的壁面附近,油滴的聚并主要发生在轴心区域;当增大油相的体积分数时,油滴聚并占主导作用;当增加入口流量时,分离效率会提高,但随着流量的增大,分离效率提高到一定程度会降低,因此对于结构尺寸固定的旋流器均存在一个最佳处理量;比较单锥和双锥旋流器发现,双锥旋流器内油滴更容易发生聚并,分离性能更好。所得结论可为水力旋流器的现场应用提供指导。     

粒径重构旋流器结构参数优选

粒径重构旋流器通过入口结构来实现大、 小粒径油滴的重新排列,再通过内嵌式结构对大、 小粒径的油滴进行高效分离.为了进一步提高旋流器的油水分离效率,在旋流器入口位置最佳弯管角为180°的基础上,研究了切向入口高度、 内层溢流管直径及内锥段长度等参数对旋流器内油滴粒径分布、 油相体积分数与分离效率的影响,并利用CFD数值模...     

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。     

基于双旋流的油泥分离器数值模拟

针对兴中油泥含油量高、含渣量低的特点,提出一种新型的双层旋流器结构来进行油-水-颗粒的三相分离.采用数值模拟的方法进行研究,选择混合模型和k-e模型对单层旋流器和3种不同进口型双层旋流器的分离效果进行模拟,分析各旋流器的结构对压力分布、油水分布和油泥颗粒分布效率的影响.结果表明:入口流量为40 m3/h,即入口流速为6...     

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     

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。     

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。     

入口面积可变式旋风分离器的性能

当旋风分离器的进气流量(Q_in)小于设计流量时,分离效率会大幅降低。对此,笔者提出通过改变入口面积来保持或提高分离效率的解决方案。首先,以PV型旋风分离器为对象,通过冷态实验,对比了2种入口面积改变方式与分离效率的关系。结果表明,随着进气流量减小,入口面积减小可有效提高分离效率,且侧堵入口(BS型)的效果优于横堵入口(BT型)。流场模拟结果表明,与BT型旋风分离器相比,BS型旋风分离器的切向速度更大,径向速度峰值更小且更均匀,因此其分离效率更高。其次,设计了1种入口面积可变式(VIA型)旋风分离器,确定了入口面积调节方法,并测试了其分离性能。结果表明,当进气流量从最佳进气流量递减时,因其入口面积可随之变小,入口气速基本不变,而分离效率不降反升,并在实验范围(Q_in为2300~9700 m³/h)内一直保持较高的水平。