分流比对旋流器油水分离性能影响的模拟研究

应用计算流体动力学(CFD)方法,针对不同分流比对旋流器油水分离性能和压力特性的影响进行模拟研究,利用指数坐标系对比分析了分流比对旋流器的速度、压力降、压降比和分离效率的影响及其变化规律。通过分析发现,分流比变化主要影响旋流器内部轴向速度分布,压降比随分流比的增大线性增加,而综合效率随分流比的增大先增大后降低,当分流比为20%时,所设计旋流器的综合效率最高,且质量效率和简化效率均高于95%。     

倒锥注气强化井下油水分离水力旋流器性能研究

为了进一步提高井下油水分离水力旋流器的分离性能,提出一种倒锥注气式井下油水分离水力旋流器结构,开展倒锥注气对油水分离性能影响研究。利用数值模拟和实验研究相结合的方法,对不同注气量、含油浓度、分流比、入口流量等操作参数下的流场分布特性和油水分离效率进行分析。结果表明,随着注气量的增加,分离效率呈现先升高后降低的趋势,当注气量为2.034 m³/d时,分离效率达到最大值98.52%;当水力旋流器的入口含油浓度为0.75%、分流比为40%、入口流量为5.4 m³/h时,可获得水力旋流器的最佳分离效率为99.51%,较注气前提高了1.11%。针对注气后的井下油水分离水力旋流器开展室内分离性能实验研究,数值模拟和实验结果呈现相同的变化趋势,验证了倒锥注气强化分离性能的可行性及数值模拟结果的准确性。     

宽域水力旋流器压力能耗模拟与分析

提出一种可同时分离重质和轻质固体颗粒物的液-固旋流器。实验研究发现该新型水力旋流器在流量为25m^3／h,分流比为6％时对重质颗粒分离效率最高;流量25m^3／h,分流比为8％时轻质颗粒分离效率最佳。利用CFX流体软件,在流量为20～35m^3／h条件下对旋流器内的静压、动压和压力降的分布进行模拟分析。结果表明：在旋流器圆柱段从上到下,动压逐渐降低,在锥体段从上到下,动压逐渐升高;在一定范围内,为进一步提高分离效率和减少旋流器内压力损失,应避免增大入口流量而适当增加分流比。     

油井采出液预分水用轴向水力旋流器的实验研究

高含水油井采出液的高效预分水是目前油气集输处理领域面临的关键难题之一,轴向水力旋流器因具有结构紧凑、分离效率高等优点而得到了国内外的广泛关注。本文针对自主研发的油井采出液预分水用轴向水力旋流器开展了室内实验研究。与切向水力旋流器对比,轴向水力旋流器不仅分离效率更高,而且油出口处的油滴聚结长大近1.8倍,在分水率高于50%的情况下,水出口处的含油浓度低于1000mg/L;轴向水力旋流器压降较低,且压降比与分流比呈线性相关。分流比、含水率和流量对分离性能均有显著影响,其中分流比的变化直接影响油核的大小和稳定性,室内样机的最佳分流比为0.45,当含水率为90%、处理量为1.00m³/h时分水率与含油浓度分别为62.9%和432.8mg/L;含水率高于75%时分离性能良好;室内样机的最佳流量为1.50m³/h。自主研发的轴向水力旋流器不仅满足性能要求,而且在操作弹性、可控性方面较切向水力旋流器均有一定的提升。     

轴流式脱气除砂三相旋流分离器操作参数优选

针对一种新型轴流式脱气除砂三相旋流分离器,利用数值模拟分析软件Fluent,对旋流器进行全流场数值模拟,研究得出了旋流器内部速度分布规律、压力降特性和气相、固相体积分数分布情况,对分离器进行变处理量和分流比(溢流、侧向)操作参数的对比分析,优选得出分离器最佳分离性能下的处理量、溢流分流比和侧向分流比分别为6.4m3/h、40%和4%。     

含气条件对井下油水分离旋流器性能影响的数值模拟

为探究气体对井下油水旋流器性能的影响规律,针对新型螺旋流道倒锥式旋流器,采用Fluent软件对气液比分别为0.01、0.03、0.05、0.08、0.10时旋流器的油相分布进行模拟分析。通过对比分析发现:不含气时旋流器的分离效率为89.31%;在结构参数和分流比不变的条件下,旋流器分离效率随气液比的增加呈降低趋势,气液比为0.10时,分离效率为36.90%;气液比越大,溢流口的油相体积分数越小,底流口的油相体积分数越大;溢流口和底流口的压力损失随气液比的增大而递减。     

多级螺旋分离器结构优化设计与性能分析

为解决井下油水分离水力旋流器串接工艺较为复杂的问题,基于串联旋流分离原理提出一种新型多级螺旋分离器结构。利用响应曲面设计结合计算流体动力学方法,构建多级螺旋分离器参数与分离效率间的数学关系模型,得出最佳结构参数匹配方案,并针对最优结构模型系统地探究在一定范围内不同入口流量、油相体积分数及分流比对应的分离性能变化规律。开展室内分离性能实验,对数值模拟结果的准确性及优化结果的高效性进行验证。结果表明,优化后的结构可使分离效率由91.0%提高至96.2%。对比不同入口流量条件下的分离性能,得出最佳入口流量为2.5 m³/h;在一定范围内,随着油相体积分数及溢流分流比的增加,分离效率均呈先增大后减小趋势,其中模拟效率最高可达99.72%,实验效率可达97.70%,进一步验证了模拟结果的可靠性及优化结果的高效性。     

超重力水力聚结分离器流场分析与性能评估

采用离散相模型以脱油型水力旋流器为研究对象,分析了不同粒径油滴粒子在旋流场内的运移轨迹,得出随着粒径的增大旋流器的粒级效率逐渐升高。基于油滴运移轨迹设计了一种水力聚结旋流分离装置,可在旋流分离前端通过水力聚结使小颗粒油滴聚并成大颗粒油滴,进而增强旋流分离性能。开展室内试验对水力聚结分离器的分离性能和适用性进行验证。结果表明:粒径在100～900μm范围内随着油滴粒径的逐渐增大,旋流分离效率逐渐升高;水力聚结器可在油滴进入旋流分离器前使油滴碰撞聚结致使离散相油滴粒径分布增大,从而提高旋流器分离效率,其最佳入口进液量在4. 12m~3/h左右,最佳分流比为20%。     

分流比对内嵌小锥式固液旋流器性能的影响

基于Fluent数值模拟,借助内嵌小锥式固液旋流器研究了分流比对旋流器分离效率、内部流场和压力特性的影响规律,结果显示:综合效率随着分流比的增加呈现先增大后减小的趋势,其中30%为最佳分流比,此时综合效率最高且质量效率和简化效率都在90%以上;研究还发现,切向速度、轴向速度和径向速度均呈增加趋势,其中轴向速度受分流比影响程度最大。     

入口注气条件下水力旋流器的试验研究

在入口采用空气压缩机注气的条件下,进行水力旋流器分离性能的试验。对流量、分流比、气液比等参数进行了试验。试验发现,当入口含油浓度在600m g/L时,水力旋流器在流量4.10m3/h、分流比15%、气液比9%左右时有最佳的处理效果,可由不注气时的87%左右的分离效率提高到95%以上。     

基于正交试验方法的两级串联水力旋流器操作参数优化

为了分析操作参数对两级串联水力旋流器分离性能的影响规律,以螺旋倒锥式轴向进液两级串联旋流分离器为研究对象,利用正交试验法对两级串联旋流器的含水率、处理量及分流比等主要操作参数进行优化设计,以油水分离效率为正交试验考核指标,采用正交试验分析法确定的最优操作参数为:含水率94.0％、处理量5.0 m3/h、分流比35.0％...     

气携式液液水力旋流器分离性能影响因素

针对一种新型气携式液液水力旋流器进行了内部分散相液滴的受力分析,其部分旋流体由微孔材料制成。介绍了气携式液液旋流分离的基本原理、样机结构、实验工艺流程及设备。研究了不同结构参数和操作参数对分离性能的影响。通过开展实验室研究,为油田现场试验提供依据。现场试验研究表明,对于1 000 mg/L左右的聚合物驱采出污水,试验样机的最佳处理量为4.20 m3/h,最佳分流比为30%,气液体积比为0.45;试验还表明20—40μm孔径的微孔材料为最优选择。研究显示该水力旋流器具有更高的分离效率,在石油化工、环保及其他工业领域都将具有广泛的应用前景。     

充气水力旋流器净化含油污水的实验与应用研究

充气水力旋流器(ASH)结合了气浮和旋流器的技术优点,是一种高效油水分离设备.利用自制ASH开展净化含油污水的实验研究,介绍了充气旋流分离的基本原理、设备结构、实验工艺流程,较为系统地研究了各种参数对分离性能的影响,对于含油质量浓度803mg/L的炼油污水,最佳进料量为5.0m3/h、气液体积比在0.30～0.35、分流比为0.16～0.18时,ASH分离效率最高达82%,所分离油滴粒径下限为4 μm.ASH现场中试表明其分离效率平均达到74.7%,可以替代含油污水处理流程中的隔油段,ASH在含油污水处理领域将有广泛的应用前景.     

优选结构液-液旋流管分离特性

利用库尔特粒径检测技术,对一种优选结构液-液旋流分离管的分离特性进行了较为系统的实验研究。实验测得该旋流管的临界分离粒径为30μm,而相同条件下国外典型产品,即F型旋流管的临界分离粒径为60μm,表明这种优选结构旋流管的分离特性较F型旋流管显著改善;实验结果还表明该旋流管的分离特性随处理量的增加而提高,当处理量为10m~3·h~（-1）时最好;随溢流比的加大而改善,其最佳溢流比为4％～5％;此外,还考察了为含油浓度与粒径分布之间的关系。有关结果为科学严格地评价液-液旋流分离管的分离性能提供了科学依据。     

新型α旋流器流场模拟与实验研究

根据集成膜法海水软化技术对海水超滤前分离粒度及效率的要求,开发出了内置导流板和曲线长锥体的新型α旋流器,并对其流场特性进行了数值模拟和实验研究.以CFD模拟软件Fluent 6.2提供的雷诺应力模型(RSM)为基础,分析了速度矢量、切向速度、轴向速度等参数的分布规律,研究了内部导流板和曲线长锥体结构对其分离性能的影响.按照模拟优化结果,加工了相同的尺寸常规旋流器和新型α旋流器,以水-细砂为实验物系对两旋流器的分离性能做了对比实验.模拟和实验结果表明:与常规旋流器相比,新型α旋流器以内构件对流体进行导流和整流后,不仅流场稳定,而且能耗小、压降低.在相同操作条件下,对于小粒径颗粒的分级效率新型α旋流器优于常规旋流器,对于5μm粒径的颗粒其分离效率达到90%;当分流比为0.87时,其分割粒径d50为1.3μm.     

脱气除砂一体化旋流器压力特性与分离特性研究

介绍了在油田开展脱气除砂的必要性,描述了所研制的一体化三相分离旋流器的结构及基本工作原理。开展了压力特性实验和分离特性实验,并对结果进行了分析。研究表明,底流压力降随入口液体流量的增加而加大,随底流分流比的增大而加大;注气时压力降稍大;随溢流分流比的增加,除砂率有先提高后下降的趋势;而随着底流分流比的增加,除砂率呈现先稳定而后下降的趋势;脱气率随溢流分流比的增加而升高,随入口气液比的加大而降低。     

入口形式对旋流器内油滴聚结特性影响研究

以等截面双切向入口旋流器以及轴向进液螺旋导流入口旋流器为研究对象,采用Euler-Euler双流体模型与群体平衡模型(population balancemodel, PBM)耦合方法,对两种旋流器结构开展数值模拟及分离性能实验,分析两种入口结构对旋流器内油滴聚结特性及分离性能的影响。结果表明:当处理量在2～6 m3?h-1、溢流分流比在10%～30%时,切向入口旋流器分离效率略高于轴向入口旋流器,两种结构最高效率均在99%以上;切向入口旋流器在入口通道内几乎不发生聚结现象,而轴向入口旋流器螺旋入口流道内聚结现象明显且沿流道方向逐渐增强;入口油滴粒径在20～50μm时,切向入口旋流器溢流口油滴粒径分布在91～98μm,底流口油滴粒径分布在87.5～91μm,两出口处油滴粒度分布均大于轴向入口旋流器,对油滴呈现出了较好的聚结效果。     

水力旋流器结构与分离性能研究（三）：锥段结构

研究了水力旋流器锥段结构开关肥及锥段体积对其分离性能的影响，结果表明：采用螺旋型锥段结构时水力旋流器处理能力最高；采用抛物线型锥段结构时水力旋流器的分离修正总效率最高，分离精度最高，分流比最小；采用普通型光滑直锥时旋流器分离粒度最小，随着光滑内壁型锥段体积的增大，旋流器分离修正总效率呈线性提高，而旋流器分流比则呈线性下降。     

光伏材料切割废液中的Si和SiC旋流分离过程

太阳能硅片切割废料中的硅和碳化硅分离回收对于资源回收和环境保护具有重要的意义。根据硅和碳化硅微细颗粒易团聚且难用化学方法分离的特点,本文利用重介质微型旋流器分离技术,通过实验研究和数值模拟,探究进料流量和底流分率对重介质微型旋流器分离性能的影响。数值模拟采用CFD软件Fluent 6.3.26研究流场和颗粒运动轨迹,实验用微型旋流器直径为10mm,分离粒度分布为0.3~25μm的硅和碳化硅混合粉料。结果表明,硅的分离效率随着进料流量的增大先增大后趋于稳定,且当进料流量达到0.13m³/h时,分离效率不再增大。不论介质是水还是重介质溶液,当底流分率增大时,旋流场内的轴向速度减小,而切向速度先增大后减小,硅的分离净化效率先增大后减小,当底流分率为0.6左右时,硅的分离净化效率达到最高值。旋流分离硅和碳化硅时,介质采用重介质溶液分离效果更好。     

井下双级串联式水力旋流器的结构参数优化

基于正交试验设计,以底流含油质量浓度低为优化目标,将欧拉-欧拉法与大涡模拟(LES)相结合,优化其主要结构参数并与试验结果进行对比。结果表明,总分流比为0.3,0.4,0.5,0.6时,数值模拟预测的优化后底流含油质量浓度较优化前分别平均减小14.4%,13.1%,15.1%,15.7%,与试验结果(13.6%,11.6%,13.8%,13.0%)相比,误差均小于5%;总分流比为0.3—0.6时,随着入口流量的增大,底流含油质量浓度先减小后增大;入口流量为75—215 m3/d时,随着总分流比的增大,底流含油质量浓度先减小后增大。入口流量为118—183 m3/d且总分流比为0.3—0.7时,优化后的双级串联式水力旋流器的底流含油质量浓度不大于200 mg/L。试验验证了数值模拟的可靠性。