水力旋流分离器在油水分离领域的研究进展

水力旋流器利用密度差实现两相分离,具有结构简单、分离效率高等优点,因此在原油预脱水处理等油水分离领域得到广泛应用。 鉴于此,通过分析和收集水力旋流器相关文献,对油水分离领域水力旋流分离器的研究现状进行了阐述和总结,包括水力旋流分离器的发展历程、基本结构、内部流场和工作原理等相关方面;同时,对油水分离领域不同类型的水力旋流分离器进行了对比分析,发现在水力旋流器的结构参数优化以及内部液体流动规律等方面,单一结构的参数优化或单一、静态的系统分析不能系统全面地反映实际复杂工况。 因此,将计算机仿真模拟和相关先进检测技术相结合,用于旋流器的参数优化、内部液体流动规律分析以及构建预测模型等方面,对于旋流器的结构设计优化、分离效率提升等方面意义重大;另外,目前的研究多着重于旋流器的结构和流体特性等方面,对于旋流器内部的磨损、疲劳损伤等方面的研究较为缺乏;最后,对水力旋流分离器在油水分离方面研究的不足和发展方向进行了分析和展望。     

油滴在旋流分离中的相间滑移数值模拟

为了研究旋流管的分离性能,应用计算流体力学(CFD)方法对旋流管内的旋转湍流流场进行了数值模拟,获得旋流管内的浓度分布、滑移速度和粒级效率曲线。计算结果显示:随着进口流量的增大,粒级效率逐渐增大;在旋流管进口流量为2.0 m3/h时,20μm油滴颗粒大部分被分离出来;粒级效率与实验结果进行对比,验证数值模拟分离效率结果的可靠性和准确性。分析结果表明:数值模拟结果和实验数据基本一致。     

油脱水型水力旋流器压力特性和分离性能

建立了旋流脱水装置系统,对旋流芯管的压力特性和分离性能进行了试验研究。在进口流量为2.9 m3/h、压降为0.21 M Pa条件下,该装置可将原油含水量(φ)从0.05~0.08降低到平均0.004 5以下,平均脱水率达90%。用磁感应强度为160 mT的磁水处理器对分散相进行破乳,强化旋流脱水过程,效果不明显。     

离子交换器的设计

对离子交换器的进水装置、中排装置、再生液分配装置及出水装置的设计作了详细的说明 ,并针对运行中经常出现的一些问题提出了解决办法。     

旋流分离器内三维两相流场的实验研究

为了研究内置格栅旋流分离器的分离机理,采用粒子动态分析仪测定了旋流分离器内部的三维两相流场.实验表明,主体流动为三维螺旋的向下运动,中央存在一个和底流口贯通的螺旋形空气柱;固体颗粒浓度在格栅内壁附近出现的最大值在格栅内部,随着格栅半径的减小,固体颗粒的浓度减小,在靠近空气柱附近出现最小值;底流中固体颗粒的粒径明显大于进水和出水中固体颗粒粒径.     

新型旋流分离一体机的分离性能分析

针对旋流器无法对粒径在10 μm左右的固相颗粒进行有效分离的问题,提出了一种过滤分离与旋流分离相结合的新型结构,并对内部流体速度场、压力场的变化和空气柱的稳定性进行了数值分析,对过滤介质的过滤通量和分离效率进行了实验研究.发现在相同操作参数和结构参数下新型旋流分离一体机具有更稳定的内部流场,内部速度、压力降更大,当粒径大于5 μm后旋流分离一体机的分离效率迅速提高,在10 μm 左右的固相颗粒的分离效率能够达到65%~85%,而实验所用普通旋流器的分离效率在60%以下.     

高效旋流气浮一体化预分水除油技术

 为克服高含水期油田预分水设施的局限性,对旋流、自溶气气浮、二级气浮、斜板聚结等技术进行集成研究,形成一体化预分水除油技术及装置。该装置取代了常规预分水除油工艺中的预分水器、除油罐、沉降罐等大型设备,具有预分水除油效率高、工艺流程短、占地面积小、投资低等优点,可用于集输系统的接转站和边缘油田就地预分水和污水处理。室内实验表明,在来液含水大于80%、含悬浮物300 mg/L 条件下,装置可预分出38%的污水,可将分出污水中的含油、含悬浮物指标分别控制在15mg/L、5 mg/L 以内,实现了预分水和除油功能的有机结合,经济效益明显。     

上海某基坑降水三维渗流模拟

根据降水试验反演得到的含水层水文地质参数,采取按需降水的方法对工程开挖过程中所需降水水位进行设计计算以减小降水对基坑周边环境的影响,通过三维数值模拟方法得到水位随时间的变化与实际监测数据进行对比,得到较好结果。     

非牛顿流体在分离旋流器内流场特性研究

本文运用计算流体动力学（CFD）方法对旋流器内非牛顿流体与牛顿流体的流场分别进行数值模拟。分析采用RSM(SSG)雷诺应力模型,得到非牛顿流体与牛顿流体的速度场、压力场以及表观粘度分布规律。研究结果揭示了非牛顿流体在分离旋流器内的流场特性：由于受非牛顿流体表观粘度随剪切速率变化的影响,在同一位置处非牛顿流体的静压力、轴向速度以及径向速度都大于牛顿流体,而切向速度小于牛顿流体;同时旋流器内非牛顿流体的零轴速包络面（LZVV）比牛顿流体的更加靠近器壁,这导致旋流器中非牛顿流体在同等条件下比牛顿流体的分离效率低;以上这些特性为进一步充分认识用于分离非牛顿流体的旋流器分离机理提供依据。     

螺杆泵井下油水分离系统设计及地面试验

将地面驱动螺杆泵与井下油水分离系统相结合,设计出一种地面驱动螺杆泵井下油水分离系统,介绍系统的结构组成、工作原理,双流道单螺杆泵衬套工作部分长度及双级串联式水力旋流器设计方法。选择X井进行双级串联式水力旋流器的地面实际介质分离性能试验。结果表明:在一定范围内,分流比越大底流含油质量分数越小,底流含油质量分数随入口流量的增大先减小后增大;当分流比大于0.3、入口流量为24～42 m3/d时,底流含油质量分数小于200×10-6;系统关键装置的设计方法是合理的。