重力式油气水分离场中液滴沉降速度模型分析

在流体力学指导下,通过对重力式分离场中分散相液滴行为特性的分析,阐述了在工程实际应用中的油气水分离设备采用传统的液滴沉降速度模型的局限性;初步探讨了分散相液滴碰撞聚合后,其铅垂运动速度和分离时间及液滴粒径的关系;对具有碰撞聚结现象的液滴和孤立液滴二者在沉降速度、分离时间及水平位移方面进行了分析比较;推导出具有碰撞聚结现象的液滴沉降速度模型;提出了在今后重力式油气水分离设备设计中,采用碰撞聚结沉降速度模型进行设计的必要性。     

油水重力分离过程中的液滴动力学分析

为了揭示分散相在重力式油水分离设备中的运动和分离机理，应用液滴动力学理论，对分散相在连续相中的受力、运动和轨迹进行了较为系统的分析。结果表明油水重力分离过程基本都处于Stokes沉降区，可直接采用Stokes解进行液滴的有关受力计算；也可忽略重力沉降过程中的加速效应，直接以终端沉降速度进行液滴的有关运动计算；为了改变设备的分离特性，应尽可能采用较大的流道宽高比，较小的流道层间距等。这对于揭示油水重力分离规律，优化流道结构具有一定的理论指导意义。     

PERFORMAX聚结板油水分离性能数值模拟

采用计算流体动力学方法,考虑液滴碰撞时的聚结与破碎过程,对PERFORMAX聚结板进行了数值模拟,研究PERFORMAX聚结板的分离特性,得到了聚结板数量、流速、粒径对聚结板分离效率的影响规律。研究结果表明,增加聚结板数量有利于提高分离效率;当流体处于层流状态时,以重力分离为主,PERFORMAX聚结板分离效率随粒径增加而急剧增加,当粒径大于50μm后,分离效率接近100%;而流体处于湍流状态时,惯性分离占据主导地位,PERFORMAX聚结板分离效率随粒径变化幅值很小;当粒径较小时,湍流分离效率高于层流;当粒径较大时,层流分离效率高于湍流;聚结板分离效率随速度的变化出现两个峰值,第一个峰值的主导作用力为重力,第二个峰值为惯性力;因此,粒径较小时适合采用惯性分离,粒径较大时适合采用重力分离;惯性分离涉及到碰撞,而碰撞过程易产生破碎,导致分离效率下降,当流速进一步增加时,由于液滴破碎,分离效率略有下降,但流速应控制在不使液滴产生破碎的范围内;PERFORMAX聚结板用于污水除油时的分离效率高于油中除水,但油密度对污水除油分离效率的影响并不显著。     

乳化油液水击谐波破乳技术的机理研究

对水击谐波破乳的机理进行了分析,在此基础上建立了分散相液滴的力学平衡方程,并进行了水击谐波破乳实验。分析和讨论了在水击谐波场中分散相液滴由于受到水击谐波强迫振动力而相互聚集的原因和特点,从分散相液滴的聚集、变形、碰撞和聚结等几个阶段探讨了水击谐波破乳的机理,得到分散相液滴在水击谐波场作用下的运动规律。实验结果表明,在水击谐波场中分散相液滴在一定波长范围相互聚集,水击谐波的频率对分散相液滴聚集有一定的影响;随分散相液滴粒径和密度的增大,分散相液滴聚集能力增强,有利于破乳。     

剪切流场中颗粒受力特性

剪切流场是一种垂直于流体流动方向且具有速度梯度的流场.在重力式油水分离场中,剪切流场主要存在于各种聚结填料中和器壁的流动边界层内.剪切流场中分散相颗粒的受力特性较普通重力式分离场复杂.以粘性流体力学和边界层理论为工具,对剪切流场、流场的流动速度剖面和分散相颗粒的受力特性分别进行了讨论,给出了有关的计算模型,对重力式油水分离器的结构分析设计将有一定的指导意义.     

油水乳化液分散相动力学的研究进展

根据乳化液分散相液滴的发展历程以及运动状态,从分散相液滴受力变形、聚集、碰撞及其聚结与破裂等几个方面综述了乳化液分散相动力学的研究进展。并就分散相几种运动状态的界定条件、液滴聚结与破裂机理以及系统全面的研究方法等亟待解决的问题提出了分散相动力学的研究思路。     

新型原油脱水方法

1．高频脉冲电脱水法 高频脉冲电脱水法是基于常规电脱水的基础上发展起来的。其机理比较一致的看法是：由于连续相（油）和分散相（水）的电导率相差很大，液滴能被外电场极化，极化液滴通过碰撞在极短时间内完成聚结过程。直流脉冲电场如同交流电场有诱导偶极子，松弛过程作为乳状液破乳机理的一部分，其电场中不仅有液滴的极化，也有相互吸引、碰撞导致的聚结。由于脉冲电场的振动，分散相周围或内部的流体速率发生变化，界面张力诱导界面流动。分散相中两相的电导率、介电常数不连续，也导致界面电荷的累积，根据P．j．Bailes等人的观点，面电荷的累积有利于碰撞聚结。在电场中，特别是施加交流电、直流脉冲电的情况，增加了液滴接触、相遇的频率，液滴界面振动加剧，界面膜容易破裂，从而加速液滴间的相互聚结。     

物理聚结构件对水包油乳化物分离特性研究

利用重力式油水分离模拟试验装置,以柴油和水为试验介质,通过分析入口和油出口、水出口的油水分离效果以及液滴粒径的分离效率,研究了7种物理聚结构件对油包水乳化物的分离特性。研究结果表明,对于水包油型乳状液,亲油性聚结填料的油水分离效果要优于亲水性聚结填料,表面粗糙的亲油性聚结填料油水分离效果要优于表面光滑的聚结填料;板间距越小,油水分离效果越好;粒径分析方法得到的结论与入口和油出口、水出口的油水分离效果所得到的结论一致,聚结构件能进行有效分离的粒径为20μm以上。     

粒径分析法评价物理聚结构件分离特性

利用重力式油水分离模拟试验装置,以柴油和水为试验介质,并使用激光粒度仪和显微高速摄像法测量液滴粒径。通过分析液滴粒径的分离效率,研究了7种物理聚结构件对水包油乳化物的分离特性。结果表明：对于水包油型乳状液,亲油性聚结填料的油水分离效果要优于亲水性聚结填料,表面粗糙的亲油性聚结填料效果较好;激光粒度仪和显微高速摄像法的测量结果可以直观反映聚结构件聚结效果,聚结构件的有效分离粒径〉20μm;显微高速摄像法测量液滴粒径与激光粒度仪测量结果接近,但需要放大倍数更高的显微镜头才能准确测量液滴直径。     

液-液聚结器在柴油破乳中的工业应用

福建炼油化工有限公司柴油加氢装置 ,生产过程中柴油要经蒸汽直接汽提 ,致使产品柴油含有微量乳化水 ,影响了质量 ,甚至不能出厂。1 998年 1 2月开始采用颇尔过滤器 (北京 )有限公司的液 液聚结器进行柴油破乳脱水。该聚结器由一个预过滤器和一级、二级聚结器组成。预过滤器内装 36组滤芯 ,先把柴油中的大颗粒固体杂质除去。一级、二级聚结器内装31组相分离聚结元件。混合液体流过一级聚结器的相分离元件时 ,悬浮的小液滴聚结成大液滴。含悬浮液的连续液相和分散相大液滴流过二级聚结器时 ,分离元件表面的疏水性物质只允许油相通过 ,阻止水…     

Evaluation of gas-liquid separation performance of natural gas filters

Fibrous filters are often used to remove contaminants including both dusts and liquid droplets from natural gas.This paper aims to evaluate the gas-liquid separation performance of three types of cartridge filters used in the West-East natural gas transmission project.The comparison of the original pressure drop of clean filters and the evolution of pressure drop as liquid droplets deposited in the filter media are described.The original pressure drops of these filters were similar but the pressure drops at a steady state were different.Fractional efficiency was used to study the separation performance of cartridge filters.Droplets at the outlet of the filters had small diameters,no more than 3 μm,but were very numerous.The effect of filtration velocity on gas-liquid separation performance was analyzed.Higher filtration velocity indicated better gas-liquid separation performance.Finally the quality factor related to pressure drop and filtration efficiency was applied to evaluate the gas-liquid separation performance.     

滴流床反应器中流体流动规律及其对异戊二烯加氢反应的影响

在滴流床冷模实验中,考察了气含率与压降随气液条件的变化规律,并在热模条件下以含异戊二烯的环己烷为原料进行选择性加氢反应,考察了催化剂装填位置、液速和气速对异戊二烯选择加氢反应的影响。结果表明,相同液速条件下,气速小于0.88 m/min、气液体积比小于4.0时,气含率随着气速的加大而急速增加,压降降低,随后气含率增加趋势变缓,压降增大。位于液相为主区域的催化剂其异戊二烯加氢活性和异戊烷选择性明显高于气相为主的催化剂,异戊二烯加氢反应在整个滴流床反应器中是不均匀的。气速对异戊二烯选择加氢和深度加氢的影响明显大于液速。液速由0.07 m/min增加到0.29 m/min时,异戊二烯转化率和异戊烷选择性不变;但气速由0.11 m/min升至0.27 m/min时,异戊二烯转化率和异戊烷选择性分别由96.6%和91.0%增加到98.5%和96.1%。     

循环氢气液凝聚器的性能试验研究

参照加氢裂化某工业装置使用的循环氢气液凝聚器,设计制造了一台相同工艺尺寸的气液凝聚器试验模型。在实验室内进行了冷态模型试验,研究剖析了气液凝聚器入口气速、含液量和液滴大小等工艺操作参数对分离效率及压降的影响;测定了气液凝聚器在不同入口气体速度时的循环气量并分析了其外循环工作机理;进而对气液凝聚器的分离效率、压降进行了计算,计算值与试验测量值吻合;为掌握循环氢气液凝聚器的操作工艺性能和设计应用提供了试验依据。     

基于旋流和引射循环技术的湿气气液分离方法研究

天然气除湿对于天然气的安全输送和精确计量具有重要的意义。针对传统的湿气气液分离装置存在分离效率低、受流型影响大等问题,提出了一种基于旋流和引射循环技术的湿气气液分离装置和方法。通过室内实验的方法,对不同工况下的气液分离效率及压降特性等进行了研究。研究结果表明:①当表观气速为4.2~28.5 m/s、液相体积分数小于3%时,设计的气液分离装置的气液分离效率基本可维持在96%以上,压降最大为167 kPa;②随着气量的增大,气液分离装置的分离效率降低,压降增大;③湿气的液量对分离效率和压降的影响较小。上述研究结果可为工业生产中湿气的气液分离提供一种新的思路,具有重要的工程意义。      

气液并流上行式反应器中分配器压降特性

在冷模试验装置中对气液并流上行式反应器中两种分配器的压降特性进行研究,考察了气体流量和液体流量对分配器压降的影响,结果表明：采用基准气液分配器和新型气液分配器时,分配器压降都随着气体流量的增大而先减小后增大,随着液体流量的增大而增大;在相同条件下新型气液分配器的压降高于基准分配器。针对两种气液分配器分别建立压降模型,压降计算值包括气液分配器的下部入口压降、中部上升管压降和顶部出口压降三部分,模型计算及验证结果表明：基准气液分配器压降中顶部压降占比最大,下部压降和中部压降占比较小,而中部压降中重力压降占比最大,加速压降可忽略不计;压降的模型计算值与试验值随液相流量变化的趋势基本一致,但是在相同条件下压降的计算值大于试验值,且二者的偏差随着液相流量的增大而逐渐增大,其原因是实际分配器中气液两相的流型会发生变化,导致模型计算值偏差变大。     

催化裂化沉降器旋流快分系统分离性能的实验研究与数值模拟

 在FCC沉降器的实验装置上,研究了不同入口处颗粒浓度下旋流快分系统（VQS）分离性能,着重分析入口颗粒浓度对VQS系统内分离效率与压降的影响规律。结果表明,随着入口颗粒浓度的增加,VQS系统的分离效率随之增加,而压降随之减小。采用Fluent软件对VQS系统内气、固两相流进行了数值模拟,并由此估算了不同入口颗粒浓度下VQS系统的压降、颗粒分级分离效率以及总分离效率,计算结果与实验结果吻合情况较好。入口颗粒浓度越高,气相被颗粒相消耗的能量越多,切向速度衰减越明显,从而导致系统压降的降低。同时,入口颗粒浓度的增加导致单位体积内颗粒质量流率增加,重力沉降作用增大,故上行流轴向速度减小,下行流轴向速度增加,有利于颗粒下行分离。此外,颗粒相的存在可有效抑制湍流,降低系统内的湍流强度,这有利于改善颗粒返混,提高系统对中细颗粒的捕集能力,从而提高系统的分离效率。     

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针对水平井地层渗透率各向异性的特性，文章假设地层为水平均质，水平方向渗透率相同，但不同于垂向渗透率，酸液为不可压缩流体，建立了酸液在稳态流动下的渗流微分方程。根据所建立的渗流微分方程，通过中间变量的变换、分离变量等数学手段，导出了水平井在渗透率各向异性情况下的压力场与流速场的计算公式。该计算公式具有物理意义明确，实用性强等优点。实例计算表明酸液等压线为一族同心椭圆，而流速场呈平面椭圆辐射状，越靠近水平井筒，等压线越密集，酸液流速越大，压力降落主要集中在井筒附近的地层中。渗透率各向同性地层酸液的压力场与流速场只是它的一个特殊情况。文中所建模型为水平井酸化模拟及酸化设计提供了依据。     

考虑钻具屈曲的环空流动仿真研究

在小井眼定向井和水平井钻井过程中,钻具屈曲会对环空流场、压力场产生较大影响。文中借助流体动力学计算软件ANSYS FLUENT开展了考虑钻具正弦、螺旋屈曲的环空流动仿真模拟,系统地研究了不同环空偏心距、不同转速等因素对环空流场和流动压降的影响规律。研究发现:同心环空中,流体流速沿径向对称分布,偏心、屈曲环空中偏离对称分布;环空间隙越大,环空流速就越大;当考虑钻柱旋转时,钻柱旋转对环空窄间隙处流速的影响比对环空宽间隙处的影响要大,可明显提高环空窄间隙处的流速;同心环空、偏心环空压降值沿井深呈线性增加,偏心度越大,压降越小;屈曲环空压降值沿井深呈非线性增加,转速越大,压降越小。仿真结果与实验结果相比,具有较高的准确性,对真实钻井条件下环空压降的计算具有一定的指导意义。     

轴流式气-液旋流分离器分离特性

针对内部设有中心体的轴流式气-液旋流分离器,根据液滴在分离器内部旋流场的受力情况,建立分离器分离效率模型。实验发现,当液滴直径大于10 μm时,通过理论模型求得的液滴粒级分离效率与实验值吻合较好;在一定气速范围内,减小导流叶片出口角、增加中心体直径以及减小排气管直径均能够提高分离效率,即对于一定结构的分离器,存在相应的临界气速能够使分离器的分离效率达到最大值,随气速继续增大,分离效率呈下降趋势。根据实验结果提出分离器在不同工况下的设计准则,当气速高于临界气速时,为保证分离器分离效率,维持较低压降,设计导叶出口角为45°,中心体直径与筒体直径比为0.5,排气管直径与筒体直径比为0.85,分离器长度与筒体直径比为3。当入口气速低于临界气速时,可根据理论模型对分离器结构参数进行调整。     

液-液旋流器分离效率预测理论模型

通过分析液-液旋流器内分散相油滴在连续相水中运动所受的Newton阻力、Stokes阻力和Oseen阻力的不同计算公式,在相关假设前提下,建立了油滴的运动方程。根据重相分离和轻相分离对迁移速度影响的分析,得出分散相液滴迁移运动轨迹。考虑到分散相油滴粒径的不均匀性,推导了不同粒径油滴对应的分离效率,建立了粒径与分离效率的关系即粒级效率关系,从而可从理论上预测液-液旋流器的分离性能。