油水旋流分离器流场模拟分析与研究

采用流场模拟方法研究了油水混合物在旋流分离器中的流动状况,湍流模型采用多相流中湍流Reynold应力输运方程模型(DSM),基本方程的离散和求解采用SIMPLEC算法。利用计算流体动力学(CFD)分析程序,对油水旋流分离器进行了计算与分析。结果表明:模拟流场的特征与理论描述和物理实验所得到的特征一致,并定量分析了流量对压降、流体粒径对分离效率的影响及其应对措施。所用方法为深入揭示旋流分离器中油水的分离规律提供了有效手段,可用于预测和分析旋流分离器的分离性能,结构优化及揭示特性参数影响旋流分离器性能的规律。     

2种结构油水旋流分离器流场数值模拟研究

采用雷诺应力模型(DSM)和SIMPLEC算法,对筒锥型和圆筒型油水旋流分离器的内部流场进行了数值模拟计算,得到这2种结构旋流分离器的内部切向速度和轴向速度分布。分析研究得出如下结论:(1)数值模拟计算值与实验值存在少许差异,但两者非常接近,数值模拟可为旋流分离器结构研究提供可靠依据;(2)筒锥型和圆筒型旋流分离器零轴向速度皆位于r=(0.3~0.35)D处,而筒锥型旋流分离器z=218mm处,流动分成上、下2部分;(3)圆筒型旋流分离器没有筒锥型旋流分离器的分离空间,靠近底流口的切向速度仍较高,使流体中的颗粒绕轴心旋转不易流入轴心处分离。     

地面旋流油水分离器的数值模拟研究

地面旋流油水分离器的性能对试油求产过程中实时获取准确的原油产出量至关重要。为此,以经典的切向流入式旋流油水分离器为模型基础,对油水分离的流场进行了数值模拟研究,评价了不同工作参数、原油物性条件下的油水分离性能。研究结果表明：随着工作压力的增大,油水分离效率呈现出由0跃升到最大值并基本保持不变而后骤降的规律。随着排量的增加,油水分离效率基本持续稳定在最优值而后突然下降,当油水比和原油黏度在一定范围内,油水分离效率随油水比和黏度的增加平缓下降;当超出此范围时,油水分离效率陡然下降。该装置的最佳工作压力范围为1.2～4.1 MPa,日处理量控制在45 m³以内,适用于油水比低于25%、原油黏度低于50 mPa·s的工况。     

旋流聚结技术初探

油，气，水三相介质在一定的离心加速度不同时旋流，对小油珠有很好的聚结作用，可获得较好的油，水分离效果。这种聚结工艺比较简单，无需任何聚结材料，也不存在堵塞问题，重点叙述了旋流聚结的原理，分散在水中大小不一的油珠在旋流过程中产生碰撞，而碰撞是聚结构前提，最后介绍了旋流聚结的工业试验情况。     

一种旋流+膜联合油水分离器流场数值模拟

相对于单原理油水分离方法而言,利用旋流+膜联合原理进行油水分离是一种新的油水分离方式。为提高井下油水分离性能,探讨一种联合原理的油水分离器。建立旋流+膜联合油水分离器的物理数学模型,并用数值模拟的方法计算其中的流场分布规律,针对不同分流比、入口流速和入口含油体积分数对其性能进行系统研究。结果表明：分流比的变化影响第一级和第二级出油口相汇流动规律,应用时应进行性能核算从而保证两级分离的效果;随着入口流速的增大,旋流+膜分离性能逐渐更优,若流速过低,则旋流+膜分离性能较差;随着入口含油体积分数增大,旋流所分离的油相占比减小,留给膜分离的油相占比增大,即含油体积分数较大时,旋流+膜联合油水分离的应用更有必要。     

采出液温度对油水旋流分离器内流场及分离性能的影响

为探究油田采出液温度对油水分离旋流分离器(简称旋流器)性能的影响,采用数值模拟与试验验证相结合的方法,研究不同温度下旋流器分离流场内的流动参数、油相分布、油水分离效率的变化规律.结果 表明:随着采出液温度升高,分离流场中油水混合物的切向速度、压力、湍动能以及油滴粒子的径向沉降速度均增大,旋流器的分离性能提高;随着采出液...     

油水旋流分离器数值模拟优化研究

受实验条件限制,单纯通过实验研究旋流器的性能周期长,且费用较高。为此,采用雷诺应力模型CFD数值模拟方法,对油水旋流分离器内的油水两相流流场进行了试验研究。研究表明,采出液在进口处的相互流动干扰对油水分离效果有重要影响,据此提出一种新型结构——带有空间阿基米德螺旋线进口流道和导流螺旋的油水旋流分离器。进一步的优化设计和性能试验表明,空间阿基米德螺旋线进口流道和导流螺旋实现了平滑过渡,从而得到较稳定的流场和较高的分离效率。     

新型静电聚结脱水技术在分离器中的应用

针对海上某油田井液含水高、乳化严重、性质复杂,常规油水分离器分离效果下降,导致分离设备尺寸增大和数量增多,造成平台或处理系统的造价和运行能耗大等问题,采用新型静电聚结脱水技术,将其与常规分离技术相结合,在保留常规分离器功能的基础上,增加静电聚结相关设施,提高分离器分离效率。该技术在实际应用中表明,增加静电聚结设施后,处理含水质量分数30%～40%的原油,分离器出口原油含水质量分数约1%,排水含油质量浓度下降至100 mg/L。     

油水旋流分离器流动机理和分离性能研究

采用雷诺应力模型CFD数值模拟方法．对油水分离器内的流动机理和分散油相的流动特点及处理方法进行研究。得出了分散油相等浓度分布云图和用于判断旋流器分离性能的流量-效率曲线、流量-压力降曲线、分流比-效率曲线和粒级效率曲线。利用试验对曲线进行验证，结果表明，理论计算与实验数据曲线在一定范围内变化趋势一致，根据曲线可对旋流分离器的性能作出判断，并确定处理能力及是否对来液采取必要措施来提高分离效果等。     

液-液旋流分离器的评价指标分析

对液－液旋流分离器的性能评价指标从分离性能、能耗等方面进行了分析,提出了高含水原油预分离旋流器分离性能的评价指标,以及旋流器的综合性能评价指标。     

多管式旋风分离器内气相流场数值模拟

应用数值模拟的方法研究了多管式旋风分离器内的气相流场,研究发现,单管压降是多管旋风分离器压降的主要部分,约占90％。在灰斗内单管排尘口以下轴向速度逐渐减小,在尘口以下200mm处轴向速度值几乎为0,气流不会夹带颗粒向上返混。在进气均匀的情况下,依然存在着窜流现象,窜流率约为10％。单管分离空间底部存在摆尾现象,排尘口下部区域内压力分布不均,是导致窜流现象发生的直接原因。     

一种高效动态旋风分离器流场与分离效率研究

为了研究对超细颗粒捕集能力很强的新型高效动态旋风分离器——气固离心分离与排气一体机的流场特点与分离性能,利用Fluent软件对一体机内部气相流场与颗粒相进行数值模拟,并计算出各工况下的分级效率。结果显示,该机对可入肺超细颗粒捕集能力远强于传统旋风分离器,并且对工况波动的适应能力较强。     

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。     

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。     

脱油型旋流分离器现场试验研究

旋流分离器是一种新型的脱油设备，它是利用离心力代替重力实现相的分离，在简要介绍脱油型旋流分离器的基本结构和工作原理的基础上，定义了脱油型旋流分离器性能的评价指标，进行了现场试验，并把现场试验结果与生产旋流分离器的脱油效果作了对比，在试验条件下，试验旋流分离器具有较高的分离效率和较小的压降，在现场，试验旋流分离器的污水脱油效果比生产旋流分离器好，当入口含油浓度小于2000mg/L，底流含油浓度低于40mg/L。     

旋风分离器的设计技巧

简体的长度、进气管和排气管的尺寸以及锥体和下料管是设计旋风分离器时要考虑的重点。应用力学原理进行分析，可以得到旋风分离器各部位尺寸的最佳比例。旋风分离器的除尘效率也受诸多因数的影响，如人口气流中粉尘的含量、多级偶合串联等。通过对旋风分离器的工作原理及其内在规律进行剖析，提出设计旋风分离器的实用方法。     

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。     

利用CFX软件模拟计算旋风分离器内流场

采用CFX软件对某旋风分离器内的三维气固两相流场进行数值模拟。气相采用四种湍流模型,颗粒相采用拉格朗日坐标下的随机轨道模型。计算结果与实验值进行对比,并考察不同操作因素对旋风分离器分离性能的影响。对比计算结果说明:SSG模型的计算结果较为合理,且旋风分离器的分离性能对操作条件的变化响应及时;基于CFX软件的模拟计算能够较为准确的预测旋风分离器内的流动情况,为开发和设计适宜的旋风分离器提供了一定的技术参考。     

直流式旋流分离器的结构分析与优化

为研究中心体对直流式旋流分离器分离性能的影响,通过在分离器内部设置中心体,利用数值模拟的方法,对分离器内部旋流场、压力场、速度场及分离效率进行了分析。分析结果表明:增设中心体能够占据分离器内部分离死区,增强内部流场的稳定性,减少二次涡流的影响,尤其能够提高对微小液滴的分离效率;中心体直径的增大能够提高分离器的分离效率,当中心体直径与筒体直径比值大于0. 5时,液滴的分离效率显著提高,但也会造成较大的压降损失;通过研究不同气速下分离器分离效率与压降变化的规律,提出不同工况下中心体直径的取值范围,当入口气速高于10 m/s时,中心体直径与筒体直径比值取0. 5,当气速较低时,应结合现场工况对分离效率和压降的要求,增大中心体直径。所得结论可为直流式旋流分离器的优化设计及现场应用提供指导。     

内构件技术在旋风分离器内的应用进展

内构件技术的开发与应用对于提高工业设备的利用效率、降低其能量损失具有重要意义。旋风分离器是用于气 固分离的工业设备,随着化工过程的发展,工艺上要求在保证分离效率的同时,能够减小压降。首先对旋风分离器的工作原理进行了介绍,分析了其减阻增效的机理。相比于结构优化和其他措施,安装内构件能够降低生产成本和缩减工程量。概述了减阻杆、导流叶片、稳涡器等几类内构件的工作原理和能够解决的流动问题。得出结论：在不改变旋风分离器结构尺寸的情况下,安装内构件能够改善旋风分离器内的干扰涡流,提高内部流动的稳定性,从而有效地实现分离器的减阻增效。此外,对内构件的发展趋势进行了展望。内构件的组合使用以及新型高效减阻内构件的开发,会更倾向于多元化、细致化、精确化、简约化,不仅能够提高分离效率,而且可以满足各种环保及工艺要求。