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。     

Analysis of droplet behavior in a de-oiling hydrocyclone

A mechanical separation process in a de-oiling hydrocyclone is described in which disperse oil droplets are separated from a continuous water phase. This separation process is influenced by droplet breakage and coalescence. Based on experimental data and simulation results in a stirred tank, a modified breakage model, which can be applied to droplet breakage in the de-oiling hydrocyclone, is developed. Then, a simulation model is developed coupling the numerical solution of the flow field in the hydrocyclone based on computational fluid dynamics (CFD) with population balances. The homogenous discrete method and the inhomogeneous discrete method are applied for solving the population balance model (PBM). The investigations show that the numerical results obtained by the simulation model coupled with the modified PBM using the inhomogeneous discrete method are in good accordance with experimental data under a high flow rate. According to this simulation model, the effect of three different inlet designs on the separation efficiency of the de-oiling hydrocyclone has been discussed. The results indicate that the separation efficiency of the de-oiling hydrocyclone can be improved with an appropriate inlet design.     

双柱单锥型液-液旋流管内流场的激光诊断

应用激光测速仪，对一种双柱单锥型液 液旋流管内的流动结构，进行了全场范围内的多工况流动诊断研究．揭示出其切向速度由内旋流区和外旋流区构成，其中内旋流区中的速度分布符合准强制涡关系，外旋流区中的速度分布符合准自由涡关系；轴向速度由上行流动区和下行流动区构成，两者之间在直管段以零速点作分界，在锥体段则以零速区作过渡并伴随有一定的回流出现，且该过渡区或回流区的大小随锥体截面的收缩而减小，直到进入直管段后消失；各湍流量的分布以管芯处最大向外逐渐减小，沿轴向是直管段中的湍流度大于锥体段中的湍流度，而且湍流度在旋流管内具有各向异性的特性．     

Effect of the Geometry of the Working Chamber of a Cylindrical-Conical Hydrocyclone on the Non-Newtonian Fluid Dynamics

Numerical simulation is used to study the dynamics of non-Newtonian free-surface flow in a cylindrical-conical hydrocyclone. For different angles of taper of the conical section of the hydrocyclone, the pressure and velocity distributions are calculated, together with the dependence of the fluid film thickness on the axial coordinate. The effect of the rheological properties of the fluid and the controlling similarity parameters on the flow dynamics is studied.__________Translated from Izvestiya Rossiiskoi Academii Nauk, Mekhanika Zhidkosti i Gaza, No. 2, 2005, pp. 102–112.Original Russian Text Copyright © 2005 by Yablonskii.     

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。     

高炉污泥旋流法颗粒分离的数值模拟

本文采用一种简化的多流体多相流模型及雷诺应力湍流模型建立了水力旋流器内液固多相湍流流动的数学描 述,并对高炉污泥旋流分离进行了数值模拟,获得了水力旋流器内高炉污泥流动的流场及颗粒分级效率曲线,数值计算得 到的颗粒分级效率曲线与实验结果吻合很好。数值结果还表明,底流管直径较小的旋流器分离高炉污泥的效果较好。     

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。