新型井下轴流式入口旋流器分析及优选

在国内陆地油田井下油水分离同井注采技术应用中,常规井下旋流器由于径向尺寸较大而经常受到限制,影响分离效率。为此,研发了2种新型井下轴流式入口旋流器,在降低旋流器径向尺寸的基础上,提高旋流器的分离性能。在明确新型轴流式旋流器结构特点、分离机理后,通过数值模拟分析,利用油相体积分布云图阐明不同结构旋流器内油相分布特点,指出循环流对旋流器分离性能的影响。研究速度矢量变化特点,掌握轴流式入口结构的作用及流体分布规律,利用压力降曲线,明确能耗、压力损失的关系。模拟分析结果表明,导流叶片轴流式旋流器切向速度差值为1.2 m/s、轴向速度差值1.5 m/s,溢流压力仅为0.02 MPa,分离效率高、能耗低,为特高含水区块的经济性开发提供技术支持。     

溢流率对液-液旋流器内部流场影响的试验研究

溢流率作为影响液-液水力旋流器分离性能的一个重要参数,对水力旋流器的分离效果有着很大的影响。应用激光测试技术测量了在不同溢流率下的轴流式液-液水力旋流器内部流场的变化特点。测试结果表明,溢流率主要是通过改变旋流器内部轴向速度场来影响旋流器的分离效率,旋流器锥段底部是其内部流场稳定性的"薄弱区",极易受溢流率的影响,对此段结构应做进一步改进。     

离心式旋风分离器性能试验

操作参数是影响离心式旋风分离器分离性能的主要因素.通过试验的方法对离心式旋风分离器开展研究,发现流量变化对分离效率和压力降的影响较大,随入口流量增加,压力降呈近线性增加趋势;且流量增大有利于气液充分分离,但流量过大分离效率呈下降趋势,其最佳流量为200～350 m3/h;入口浓度对分离效率和压力降影响较小,随入口浓度增加,分离效率和压力降略有增加.     

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。     

新型油水分离装置——水力旋流器试验

研究确定了水力旋流器的几何结构及各部分尺寸。试验研究了水力旋流器样机入口形式及各参数(流量Q_i、分流比F等)对分离性能的影响,并确定了压力降△Pd与流量Q_i的关系。试验用水力旋流器的分离效率达95％。     

含油污水除油用旋流器的研究

为提高含油污水的油水分离效率 ,用油水混合物作为试验物料 ,通过析因试验 ,研究了旋流器用于含油污水除油的分离性能。探讨了溢流分率、溢流口直径、进料浓度、入口直径、尾管长度、进料流量及温度等对旋流器分离性能的影响。结果表明 ,上述参数均存在最佳结构尺寸和操作条件。在压力降为 0 3～ 0 5MPa时 ,旋流器的油水分离效率可达 99% ,即可将含油污水的含油量从 1 0 0 0ppm降到 1 0ppm。所得结果可用于指导含油污水除油用旋流器的设计和操作     

采出液含砂对轴入倒锥式水力旋流器性能的影响

为研究井下旋流器在含砂工况下的应用并得到最佳分离效果,基于计算流体动力学方法,采用雷诺应力模型,以轴入倒锥式水力旋流器为研究对象,开展采出液含砂对旋流器的流场特性及分离性能影响的数值模拟分析,分析了含砂体积分数的变化对旋流器速度场、压力场、浓度场及分离效率的影响并开展了试验验证。研究结果表明:随着含砂体积分数的逐渐增加,旋流器的油水分离效率呈现出先增大后减小的趋势;在含砂体积分数小于1. 0%时,分离效率随着含砂体积分数的增加而增大;在含砂体积分数为1. 0%时,分离效率达到最大值98. 74%;随着含砂体积分数的继续增加,分离效率随之逐渐降低,在含砂体积分数达到7. 0%时,旋流器分离效率降低到97. 01%。研究结果可为油水分离水力旋流器的现场应用提供参考。     

一种应用于双锥型液-液旋流器的导叶设计新方法

针对双锥型液 液旋流器导叶的设计问题,提出了一种新的基于空气动力学翼型的参数化造型设 计方法,该新方法根据进口角、出口角等参数直接确定导叶关键点处位置,再通过Bezier曲线将关键点 连接起来,形成叶型曲线。详述了新方法的导叶设计流程,推导了叶片型线方程,建立了导叶型线的参 数化模型,并结合实例进行模拟验证。结果表明,新方法导叶具有以下优势：在几何特性方面,导叶型 线光滑性好,具有良好的形状控制能力,且叶片型线方程中各个参数含义明确,便于有针对性地快速修 改设计参数并再生模型;在流场特性方面,导叶产生流场具有更高的切向速度,并且导叶对流体的控制 性好,更利于液 液分离。该新方法为轴流式液 液旋流器导叶设计与造型提供新的思路,可供工程设 计使用。     

液-液水力旋流分离器结构筛选实验研究

对四段式旋流分离器的结构尺寸对性能的影响进行了实验研究,结果表明减小溢流孔径可提高分离效率,但会增加压力降;入口尺寸对旋流分离器性能的影响非常明显,随着人口截面的长宽比增加,旋流分离器的压力降减小,但分离效果也降低;旋流分离器入口当量直径越大,压力降越低,效果越差。随着小锥段角度增大,旋流分离器的压力降增大;小锥角变化对18μm以上的油滴的分离效果基本相同,对小于18μm以下油滴的分离效果有较大的影响。减小直径、延长尾管段能够提高旋流分离器的分离效率;但压力降相应增大。     

旋流板式除雾器与折流板除雾器性能对比的数值模拟

利用计算流体力学(CFD)方法,采用RNG k-e模型、欧拉模型和欧拉液膜模型,对旋流板式除雾器与折流板除雾器的内部流场进行数值模拟,探寻不同液滴粒径、不同进口气速对两种除雾器的两相压力降和分离效率的影响。结果表明:随着液滴粒径的增大,旋流板式除雾器与折流板除雾器的两相压力降均基本无变化,两除雾器的分离效率均不断提高;相同液滴粒径下,旋流板式除雾器的两相压力降和分离效率均比折流板除雾器大;液滴粒径为10μm时,随着气速的增大,旋流板式除雾器的分离效率不断提高,而折流板式除雾器的分离效率基本无变化;随着气速的增大,两除雾器的两相压力降均不断增大,但旋流板式除雾器的两相压力降增大的速度更快;折流板迎风侧发挥分离作用的主要区域是弯道下部区域和靠近折流板流道出口的区域。     

旋流板和螺旋导叶气液分离性能对比研究

通过建立轴流导叶式气液分离器试验系统,采用试验的方法,在相同气液操作工况下对比研究了旋流板和螺旋导叶式气液分离器的压降和分离效率.试验研究结果表明,在550～1220 m3/h的处理气量范围内,旋流板气相压降比螺旋导叶气相压降低13％～35％,能耗相对更低;在不同处理气量和液滴质量浓度下,旋流板分离效率比螺旋导叶分离效...     

两种不同入口形式的旋风分离器分离性能的对比研究

采用数值模拟和实验研究的方法比较了不同进气量下,相同入口面积的Stairmand型和轴流导叶式旋风分离器的压降、分离效率和内部流场。结果表明,进气量648 m3/h时,轴流导叶式分离器内切向速度小于Stairmand分离器,进气量1080 m3/h时,轴流导叶式分离器切向速度较大;本实验条件下,轴流导叶式分离器可以明显增加内部流场的对称性和稳定性,削弱环形空间纵向环流和短路流现象;Stairmand型分离器分离效率随进气量先增大后减小,轴流导叶式分离器的效率则一直增加,且进气量小于1080 m3/h时,Stairmand型分离器分离效率较高,进气量大于1080 m3/h时,轴流导叶式分离器分离效率较高;相同进气量下,轴流导叶式分离器压降基本小于Stairmand型分离器。     

不同结构循环旋风分离器流场的数值分析

采用CFD软件——Fluent6．2中的雷诺应力湍流模型,对具有不同几何结构的循环旋风分离器气相流场进行数值模拟,以考察循环旋风分离器的几何结构对其流场的影响。模拟结果表明,循环管可以减小不利于气、液相分离的轴向速度并降低压降,防液罩可以在不增加压力损失的情况下增强气、液相分离的主要动力——切向速度,循环旋风分离器存在一个最佳入口直径。     

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。     

导叶式水力旋流器分离性能试验研究

为保证导叶式水力旋流器稳定、高效运行,对其结构参数和运行时的操作参数进行了优选试验,并对物性参数进行了分析。试验确定了该旋流器锥段最佳锥角为5°,导流叶片最佳结构为叶片数n=4,叶片出口角β=20°,流道宽度w=3.47mm。试验结果还表明,在一定范围内,分离效率随入口流量的增加而增加,且随分流比的增加而增加,但二者并非越高越好;密度、粒度越大的颗粒越有利于分离,且旋流器并非适用于所有固体颗粒的分离;所设计的旋流器对井下多相分离系统中砂的分离是可行的。     

排气结构对导叶式旋风管分离性能的影响

通过对比实验测定了不同排气结构下导叶式旋风管的分离效率及压降,同时用智能型五孔球探针测试仪测定了不同排气结构的旋风管内流场分布,结合性能实验与流场测量的结果,研究了排气芯管内径及其结构型式对分离性能的影响,为旋风管结构优化和开发及其分离机理的研究提供了一定的实验基础。     

高温高压旋风分离器的结构及性能

为了提高旋风分离器在高温高压条件下的承压耐温能力,根据工业应用成熟的PV型高效旋风分离器的结构,提出一种长圆切向入口、两端封头的压力容器式旋风筒体旋风分离器(简称容器式旋风分离器)。流场模拟分析表明,在相同入口气速下,容器式旋风分离器外旋流区的切向速度明显高于PV型旋风分离器,且器壁附近向下的轴向速度也略高于后者,中心涡核区轴向速度低于后者。用中位粒径为9.8 μm的滑石粉进行加尘冷模实验表明,相同气速下,容器式旋风分离器的分离效率较PV型旋风分离器的高约2%;相同压降下,前者的分离效率明显高于后者。容器式旋风分离器结构简单,结构强度和分离性能优良,可供高温、高压工况的分离操作使用。     

催化裂化提升管反应器出口快分构件优化

针对京博石化一套FCC装置内粗旋结构,提出了一种内置导流板的粗旋结构,并采用Fluent软件对优化模型内气相流场、颗粒运行轨迹及分离效率进行数值研究,并与现场粗旋进行了对比。模拟结果表明:优化模型内切向速度呈驼峰分布;轴向速度呈马鞍形分布;压力分布呈轴对称分布,其沿轴向基本不变,而是随着半径的减小而降低。与现场模型相比,优化模型的切向速度、轴向速度都有所提高,有利于气 固的分离;压降有所降低,提高了旋风分离器的性能;分离效率主要是对粒径范围5~20 μm的颗粒提高较大。此外,随着入口速度的增大,其分离效率增大的同时压降也增大,因此需综合考虑。