液-液旋流分离器分离特性数值模拟

液-液旋流分离器内部流场复杂,现有实验条件难以得到较为清晰的流场分布和液-液两相分离过程,用马丁·休教授发明的F型液-液旋流分离器为研究模型,以取油水作为分离介质,采用计算流体动力学技术对液-液旋流分离器进行数值模拟分析.结果表明:液-液旋流分离器内部流场分布特征明显,并在圆柱段、大锥段、小锥段存在不同程度的循环流;其各截面切向速度和轴向速度分布规律与理论分析相一致,切向速度分布中在圆柱段、大锥段和小锥段上端组合涡特征明显,圆柱段和大锥段的轴向速度呈现双W形式;采用分散相模型追踪油滴运动轨迹,证明油水分离的关键在于油滴是否能够在分离区域进入内旋流.     

复合型动态水力旋流器的结构设计研究

为了进一步满足油田采出液深度水处理的要求,有必要研制开发动态旋流分离技术.动态水力旋流器的发展历程经历了Total型、预旋流型、复合型三个阶段,其中复合型水力旋流器把Total型动态水力旋流器和常规静态水力旋流的优点有机结合在一起,为相对扩大单根静态水力旋流器的处理量和提高分离效率奠定了基础,代表着动态水力旋流器的研制发展方向.笔者基于对复合型动态水力旋流器旋流供液与分离形式配置、油滴分离过程的分析研究,完成了动力部分主要零部件的结构设计工作,并用Solid Edge软件进行了三维实体模拟.     

移动式多级分离计量装置方案设计

针对油田传统的计量方式不能满足油田生产测试过程中各井的产量测试,特别是几乎不可能同步测试、记录功图测试阶段的产油气量,难以在较宽的计量范围内实现精确计量要求的现状,设计了移动式多级分离计量装置的方案.介绍了移动式多级分离计量装置的结构、原理、主要技术指标、系统的组成、技术关键和需要在设计中重点考虑的几个问题.着重阐述了设计过程中在以往的技术和经验的基础上开发和采用了高效气-液旋流分离技术、高效多级液-液旋流分离技术、破乳技术、多次沉降分离提高纯油计量精度技术、计量分离器的排液技术和最佳流量计的选择标准等几项关键技术,并对如何破除混合液中的乳化水以增强分离效果,以及在串联旋流器时应重点考虑以底流还是溢流为主的参数控制方式等问题做了研究.     

柱状螺旋导叶旋流分离器分离特性数值模拟

针对深水生产油气海底混相输送的局限性,设计了柱状螺旋导叶旋流气液分离器,采用RNG k-ε湍流模型与mixture多相流模型对分离器流场及相分布进行了模拟分析,考察了螺距、螺旋圈数等结构参数对相分布及静压分布的影响。结果表明:螺旋通道可以保证油气混相在流动过程中形成明显的气液分离界面,溢流孔有助于分离的气相及时从集气管中排出;螺距的大小是控制旋流强度的关键参数,螺距越小,旋流场越强,相应的能耗也越大;螺旋圈数的增多有利于气液两相充分进行旋流分离;所设计分离器在较大的气液比范围内都具有较好的分离效果。     

气液旋流分离中两相流动模型的理论研究

气、液旋流分离过程是气、液两相的三维强旋流运动,以漂移流动模型和颗粒轨迹方程为基础。采用欧拉-拉格朗目方法建立一种新的气液两相流动机理模型,该模型可以用来直接计算气液旋流分离器内部流场中连续相、分散相（液滴）的速度分布情况,通过计算能够预测旋流器内部浓度分布情况,并通过对影响气液分率效率的主要原因一出口气体中的液滴夹带情况进行分析计算,预测旋流器的分离性能。     

旋流器用于含油污水的除油

对旋流法含油污水除油进行了研究,探讨多种结构参数（溢流口径、进料口径和尾管长度）、操作参数（分注比和入口注量）、物性参数（进料浓度）对液液分离性能的影响。结果表明,选择合适的结构参数和操作参数,旋流分离器的分离效率（即去油率）可达９９％以上,这为开发其在油水分离方面的应用提供了依据。     

旋转旋流离心机转鼓内流场分析

旋转旋流离心机把旋转离心力场和旋流离心力场有机结合起来，分离强度大大增加，分离效果显著改善，是固液分离的理想设备。本文以流体动力学基本方程为基础，在“塞流”流态下，对旋转旋流离心机转鼓内流体流动的速度场和压力场进行了分析计算，推导出了转鼓内流体的速度和压力的计算公式，它们是计算离心机处理量和分离粒度的理论基础，同时也是离心机强度计算的理论依据。并对旋转旋流离心力场的变化规律进行了初步的探讨，得到了一些有用的结论。     

油水分离旋流技术研究进展

介绍了水力旋流器的发展情况,分别从实验研究、理论研究和数值模拟三个方面论述了旋流分离技术的研究进展,并对旋流分离技术的发展趋势进行了展望.     

轴流旋风除尘器内气固分离特性的数值模拟

为提高轴流旋风除尘器除尘效率,基于CFD-DEM耦合计算方法,分析了进气速度、筒体直径、抽气率等参数对粉尘颗粒在轴流旋风除尘器旋流分离区的运动特性与收集效率的影响。结果表明：进气速度增大或旋流分离区的筒体直径减小,轴流旋风除尘器对细颗粒物分离效率明显增大,在进气速度为20 m·s-1、旋流分离区筒体直径为50 mm的条件下,粒径为2.5μm的粉尘颗粒的分离效率可达到85.6%;采用抽气方式可强化旋流区中已分离粉尘颗粒的沉降,提高轴流旋风除尘器的整体除尘效率,与抽气率为0%相比,在抽气率为5%时,粒径为2.5μm粉尘细颗粒的分离效率可从28.8%增大到63.0%;旋流分离区筒体近壁面0.075D的区域为粉尘颗粒的浓相区,与轴线附近区域的气流发生了明显分离。     

旋流油水分离技术在含油饱和污水中的应用

旋流油水分离技术是当今公认的较先进的油水分离技术,通过设计出以小直径、三锥体为特点的旋流管,在中国石油化工集团公司长岭分公司炼油装置的含油饱和污水的处理中得到成功应用,取得了较好的经济效益。     

气泡增强型水力旋流器的数值模拟研究

采用欧拉模型与离散相模型相结合的方法对气泡增强型水力旋流器中油-气-水三相流场进行数值模 拟,分析了速度场和油滴粒子的运动轨迹,并且对比了油滴粒径、工作流量、含油浓度3种不同因素对注气后水力旋 流器与常规水力旋流器分离效率的影响。数值模拟结果表明,注气后水力旋流器内流场的切向速度和轴向速度较 常规水力旋流器更高,油滴分离所需的时间更短,对30μm 以上油滴的分离效率比常规水力旋流器高出约20%。从 数值模拟的角度验证了入口注气可以提升水力旋流器的分离性能。     

非常规油气田多管旋流装置的分离性能研究

针对非常规油气田开采中产能持续降低导致分离失效的问题,设计一种新型多管旋流装置,采用数值模拟方法,对比研究单管和多管旋流装置分离性能。研究表明:多管旋流装置压降率较单管旋流器无明显变化,能耗基本相同;入口流量降低时,多管旋流装置能显著提高中大砂粒分级效率,粒径≥10 μm分级效率可提高35%;入口流量由5 m3/h降为1 m3/h时,多管旋流装置分离效率降幅仅为9.2%。在非常规油气田开采中,多管旋流装置能有效避免产能降低所带来的分离失效。     

基于CFD⁃PBM模拟水力旋流器油水分离特性研究

分析讨论了常规欧拉模型和耦合PBM下水力旋流器的静压力、切向速度及湍流耗散率等流场信息分布规律,结果表明在流场预测方面二者基本一致。在此基础上,采用基于PBM模型的CFD数值模拟方法,对水力旋流器的分离特性进行研究,并探究了不同入口流量、溢流分流比、油相黏度及密度等因素对油滴粒径分布以及油水分离特性的影响。结果表明,随着入口流量的增加,水力旋流器的分离效率呈先增大后减小的趋势,在处理量为4 m³/h时达到98%的最高分离效率;溢流分流比的增大有利于提升分离效率;随着油相黏度的增大,油滴受到的径向力减小,不易发生聚结,使分离效率明显降低;油相密度的增大导致尾管段平均油滴粒径的增加,使分离效率明显降低。总体而言,利用CFD?PBM数值模拟方法可以获得水力旋流器内部油滴粒径分布及变化特性,有利于从不同尺度揭示水力旋流器的分离机理。     

单锥旋流器分离过程的三维数值模拟

使用FLUENT软件中的多相流欧拉分析方法,结合雷诺应力湍流模型,实现单锥型旋流器内油水分离过程的三维数值模拟并预测其分离效率。该模拟可用于分散相的体积率超过10％、湍流具有各向异性结构的一般广义情形。模拟展示了油水两相由开始的均相来流如何在单锥旋流器内逐渐分离、聚合、迁移的过程。本文对旋流器分离性能的预测得到了实测结果的验证。     

海底水合物混合浆体除泥砂水力旋流器

根据海底天然气水合物基本特征和多相流理论,完成了水力旋流器结构参数初步设计,并对原汉考克综合效率计算公式中各参数的含义进行了修正,得到了符合海底水合物混合浆体的改进汉考克综合效率计算公式.然后,建立了水力旋流器的有限元模型,基于雷诺应力模型开发了一种适合液-固-固三相流的流场模拟分析方法,通过数值模拟分析,得到了水力旋流器内部的速度、压力和密度等参数的分布规律.最后,通过结构参数的正交试验优化,得到了水力旋流器的最优结构参数组合,使其分离效率提升到初始方案分离效率的1.36倍.进一步对操作参数进行了正交试验优化,得到了水力旋流器的最优操作参数组合,使水力旋流器的分离效率又提高了5.15%.     

水力旋流技术处理含油污水的室内研究

本文利用自制的水力旋流器研究了入口流量、入口浓度、分流比、密度差和温度对分离效率的影响，并对炼油污水进行了处理。表明适宜的操作条件有利于提高水力旋流器的分离效率。     

撇油船用油水分离技术的研究进展

撇油过程中油水分离作业可以大幅度降低撇出物的运输、储存费用,提高收油效率,降低溢油回收作业的劳动成本,减少溢油的进一步扩散.由于撇油船上空间小,外排水含油量要求高,水力停留时间短且体积小的离心分离设备如水力旋流器、轴向涡流分离器等成为船用油水分离技术的首选.受到撇出物成分复杂和物性参数随时间不断变化的影响,对物性参数敏感的常规离心分离技术在撇油船上的应用受到了巨大的挑战.综述了撇油船用离心分离技术的研究成果,为撇油船用离心分离技术的研究提供了理论依据和参考.     

环流式旋流器的结构改进与性能研究

采用丙烯腈催化剂粉末-水混合物系,测定了4种具有不同锥角、不同进口管形状的环流式旋流器的操作性能,并进行了比较。结果表明,底锥角度为6°,进口截面为矩形环流式旋流器压降较低,效率较高,切割粒径d50大约为7.5μm。