旋液式油水分离器的设计【含CAD图纸、说明书】
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旋液式油水分离器的设计
旋液式油水分离器的设计 【
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旋液式油水分离器
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油水分离器
油水分离器的
【液水分离器】液水分离器
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油/水分离液 - 液圆柱CYCLONE* 摘要：在这篇文章油/水分离液 - 液旋流器的实验研究中，确定了分流比和流量对油/水分离性能的影响。从实验结果中可以看出：分流比增加，油/水分离效率提高。首先，我们需要找出最佳的分流比。超出最佳的分流比，在含水量保持恒定的情况下，溢出的油含量会降低。旋流器内的油芯结构的形成和相位分布的过程是由数值模拟完成的。此外，对分离效率的雷洛数和分流比基于量纲分析，比较之间的预测值和实验数据，能得出很好的印证。关键词：圆柱旋风，油/水分离，分流比，流量，含水率介绍：随着陆上油田的老化和海洋石油领域的大规模开采，多相分离技术面临着新的挑战。据调查，在国内几大油田的油气水分离装置，多相分离器仍主要是基于对这些传统的分离技术，如重力沉降和电解分离。由于到深海的平台安装受设备的空间和重量的限制，重要的是要开发紧凑和高效的油/水分离器。将数种分离器的使用分离方法合并并利用其各自的优缺点，可以实现高效的分离。最近，他们已经吸引了石油行业的浓厚兴趣。力学研究所，中国科学学院按照组合共同使用的原则，重力，膨胀和离心分离器，并已成功应用于几个陆上油田。最近提出了一种新型的管道线式油/水分离器。这种新的分离系统享有以下几个优点：紧凑型的几何形状，分离效率高，维修方便。圆柱气旋是一个新颖的管道式的油/水分离器的主要组成部分。圆筒形旋流器是一个垂直的切向入口管和两个出口，使用离心分离技术，它是一个简单的，紧凑的，低重量和低成本的分离器。图1是圆筒形旋流器的结构示意图。两种不混溶液体形成的混合物通过切向入口流动到筒状的旋流器一个强有力的回旋流场中。由于密度差的密度越大,分量倾向于积聚壁附近的和螺旋的底部出口（下溢），而较轻的成分流入的圆筒形旋流器，以形成反向流动的纤芯区域，从顶部出口溢出。圆筒形旋流器的机理是很象传统的水力旋流器，但用的圆筒形旋流器的几个优点，如更稳定的油芯，更大的容量和更低的压力损失。最初，圆筒形气旋分离，用的气 - 液混合物，气 - 液的圆筒形旋流器。他们成功地投入使用，在石油工业中。在近十年中，液 - 液圆柱气旋分开油/水mixture.Most的相关研究，采用计算流体动力学（CFD）在圆柱气旋预测多相流特性，流场以及分离机构的性能，研究主要集中在圆柱气旋。在本文中，提出了一种高效的液 - 液圆筒形旋流器，揭示了分流比和流速对油/水在液 - 液的圆筒形旋流器的分离性能的影响。为了进一步了解在旋风油/水分离和相位分布的详细过程，进行数值模拟out.Finally，通过三维分析，一个简单的模型是建立在预测的分离效率上的。1实验装置和程序 实验进行了力学研究所，中国科学院学报上的多相流设施。油/水分离系统的示意图如图2所示。实验装置的系统主要由三部分组成：（1）供给模块，包括相储罐，液相泵，流体流量计和混合物分离器，（2）液 - 液圆筒形旋流器，由透明的有机玻璃管，用来目视观察的油/水分配，这是实验系统的核心部件，如图3中所示，（3）数据采集模块，包括控制台，相体积分数检测装置，泵的压力换能器和camera.In实验中，将水和油从它们各自的储罐，进入管道通过一个丁字路口。在混合之前，水的流速由椭圆齿轮流量计测量流速的电磁流量计和油计量。将混合物沿着一根4米长的水平管，然后通过一个喷嘴，再让大的横截面面积的20的截面位于旋流器入口切向引入到筒状气旋的样品的移动设备和一个压力传感器位于上面的入口和每个插座。上溢和下溢管中的阀门，允许流率离开的圆筒形旋流器的控制。放置一个摄像头记录下油/水分离过程。在分离流溢出和下溢流进入分离器后进一步根据重力分离。最后，油和水会流回到油箱和水箱。所有实验均在室温温度和大气的出口压力。圆柱气旋在这项研究中所使用的主要几何尺寸如下：D = 0.05米，Di = 0.05 米 Do= 0.05米，Du= 0.04 米，L = 0.9米，H = 0.1米，所示如图3所示。水和白油作为试验液体。主相是水,密度为998公斤/米和0.001千克/立方米秒的粘度值。第二阶段油的密度和粘度是840千克/立方米和0.215千克/米秒，分别对水流量率变化为2.5米/小时，油8.75米/小时，从4到30的体积分数进行研究。我们总共有195个实验测试点。2结果和分析 2.1油/水分离分流比的影响分流比，定义为溢出的液体流速和入口的液体流速之间的比率，其中一个最重要的操作para-m。在下面将要讨论分流比对油/水分离效果上的影响。2.1.1含水率在给定的进气条件下，指定的分流比例是通过调节球阀出水管调节的。图4示出的图片序列中的分流比对油芯形状的影响。在进气口的表面的水和油的流速，0.743米/秒和0.182米/秒，进油馏分为19.7。油/水混合物在离心力的作用被分离后，切向引入到气旋，但油芯的形状是不明确的，并且大部分油与水由下溢管溢出。当分流比增加至24.2，可以看出，在底流中有少量石油。在流分流比为27.4或31.4，在旋流器中的油芯的形状是很清楚的，只有干净的水，观察中的下溢。然后，当分流比达到35.6，油进入气旋直接排放从溢流管，并在旋流器中无油芯形成。分流比对中的下溢的含水率的影响，如图5所示为水的分流比的函数作图。在实验过程中，进水的流量是固定的，入口的燃油流量逐渐增大。水的速度的研究被认为是在输入油的体积分数为4至30不等。在图5中，表面的水的速度分别为0.743米/秒和0.991米/秒。可以看出，与上面水切下溢的分流比的影响是类似的。以水流速为0.743米/ s为例子，表面油速度0.037米/秒，0.072米/秒，0.182米/秒，0.282米/秒和0.315米/秒，其中产量的油量分数为4.7 ，8.8，分别为19.7，27.5和29.8。目标分流比下获得的实验数据点 ，而输入柴油馏分是固定的，随着分流比下溢的增加，水切割，表示增加分流比，可以提高在旋流器中的油/水分离。它也可以被观察到，存在一个最优的分流比在旋流器中，当仅干净的水，观察中的下溢和尽快的分流比是大于该值的，实验为油/水分离进一步改善。对于不同的输入油的体积分数，这些最佳分流比也发生了变化。在这些条件下，最佳的分流比是15.3，22.5，27.4，37.1和38.5，分别。在实验室条件下，通过分离在CYC，底流中的油的体积分数可以被减少到百万分之一以下的值。2.1.2溢出的含油量圆筒形旋流器的溢流含有大量的油。通过油/水分离，我们不仅应该有干净的水溢，但我们也应该有纯油溢出或至少有一个油价高体积分数尽可能高。图6显示了在溢出的油分含量的分流比的影响。图6（a）和6（b）表示的情况下，地表水的速度分别为0.743米/秒和0.991米/秒。可以观察到，在溢出的油分含量的分流比的影响是类似的。根据目标输入油的体积分数，与分流比的增加，在溢出的油含量先增大然后减小。这是因为在低流量分割比只有少量的液体弹出从溢流出口和油芯的中心形成的旋风不能成功被夹带在溢流流体中。虽然分流比例适当增加了更多的液体会从溢流口流出。但是，如果分流比要高得多，油芯不能与溢流排出，和一定量的水混合成的油芯，并在溢出流夹带，导致增加的油含量。从图6还可以看出，存在一个最优的分流比的溢出。与流过下溢，为低输入油的体积分数，例如4.7，8.8和19.7，在实验中的情况下，这两个最佳分流比的最佳分流比比较类似的，但油体积分数高达27.5和29.8时，溢出的最佳分流比是远低于该下溢的。2.2流速对油/水分离的影响相同的入口油体积分数下的含水率和相同的分流比的混合物的流速与在图7中示出。在实验过程中，油体积分数和分流比分别为10和20。随着流量的增加，离心力增大，因而在旋流器中分离的油/水的流量的不断增加，在该点后，使含水急剧下降。这些现象可以解释如下：在旋流器中的油/水分离过程中，入口流率的显着增加可以使油滴打破了由于过度的剪切力和紊流，在高流速低的压力（通常为圆筒形旋流器轴线），在该混合物中溶解的气体将被释放，并阻碍了分离。2.3数值模拟 到目前为止，我们已经讨论了圆柱形旋风的油/水分离性能，从宏观的角度来看，由于实验室实验的限制，这是很难很好地模拟在旋流器中的多相流动特性。为了进一步了解油/水的详细分离过程，在圆筒形旋流器的相位分布进行了数值模拟。圆柱气旋的数值模拟是基于商业CFD代码“Fluent6.3.26”，采用有限体积法离散微分方程描述的多相流。强大的漩流旋风，旋风采用雷诺应力模型（RSM）捕捉到湍流的各向异性。被施加到模拟的油/水的二相流的Euler多相流模型。给出如下的数学模型。2.3.2边界条件在数值模拟中的圆筒形旋流器的几何尺寸如图1所示。共使用3.510网格单元。将水和油是用来作为测试液体。在入口处，一个速度入口条件被指定。正确指定的湍流参数和正常速度及各相的相体积分数。定义下溢和溢出的边界条件基础上的流量和出口压力。简单的算法是用于压力速度耦合和二阶迎风计划，被应用到插入字段变量控制量的面孔。迭代过程继续进行，直到连续性残余被减少到1.010-6，对两个出口相流率进行监视，以判断圆筒形旋流器的流动稳定与否。2.3.3数值结果 图中显示了圆筒形旋流器数值模拟的油芯结构的瞬态发展。入口的水和油的表面速度为0.5米/秒和0.1米/秒，下溢和溢流出口之间的压力差为0.75千帕，根据本实验测量，可以观察到圆筒形气旋初始填充，水与油/水的混合物被引入到气旋，由于离心力的存在，水相流向旋流器的壁，而油相被积累在中心。经过大约26 s的计算，相分布在圆柱气旋变得相当稳定，油分芯变形非常小。在旋流器中的油相的横截面的分布，图9中给出。图9（a）示出的油芯结构和其他三个数字（B，C和D）示出的油相的轮廓线的距离为2，6和10相差的水平入口管直径，与相差的进样口的距离的增加，油芯变成更修长，并最终消失。油体积分数在中心和旋流器壁附近的低得多。在旋流器中的相位分布是不对称的，因为单个入口安排MENT进行实验，以验证上述模型。图10显示了比较的水切割之间的数值结果与实验数据，而实线表示模拟的解决方案。对于那些低流量分割比例，最大相对通过数值模拟和实验数据之间的误差不超过2.7，这表明，上述模型可以预测油/水二相流在圆筒形旋流器分离相当不错。3分离效率预测圆筒形旋流器的分离效率取决于许多参数，主要包括结构参数，操作参数和物理参数，结构参数是主要的圆筒形旋流器的几何尺寸，如旋流器直径D，气缸的高度H。可以观察到，从图11（一），对于不同的雷诺数，分流比和下溢的含水的功能之间的关系是相同的。实曲线的实验数据图嵌合。此外，所有的曲线遵循相同的玻尔兹曼分布。比较实验值和计算的。大多数的实验值是2的偏差区域内。之间找到一个合理的合适的实验值和计算值。图12（b）表示溢出的油分含量的实验值与从方程（14）获得计算出的值进行比较，可以看出，式（14）描述的实验数据大部分在10之内。4。结论 进行的实验研究中的液 - 液圆筒形旋流器来模拟油/水分离的分流比和流速对分离效率的影响,也进行了数值模拟，以进一步了解油芯结构的形成过程中的相位分布的圆柱气旋。从结果来看，可以得出的主要结论如下：（1）分流比是一个影响油/水液 - 液的圆筒形旋流器分离效率的关键参数。分离效率随着分流比的增加而增加。但也有一定的入口条件下的最佳分割比例。分割比率高于最佳则被认为是干净的水溢流和含水保持恒定，而在溢出的油含量因分割比进一步增加开始减小。（2）适当增加入口流量可以提高油/水分离效率。然而，一个极端的高流率可能会妨碍由于油/水乳化和溶解的气体的分离。（3）圆筒形旋流器被引入到油相后，由于离心力的存在下，蓄积在中心。相位分布往往是相当稳定的，大约几秒钟后，含水量数值结果与实验数据吻合良好，表明该数值模型来预测油/水两相流的圆柱气旋相当不错。（4）通过一维分析，分离效率的雷诺数和分流比的函数在整个实验中表现出相同的趋势，之间得到良好的预测值和实验数据和预测曲线实验数据，特别是对下溢，含水的偏差在2之内。参考文献1郑志柱，周勇和郭君等。海底管道油气多相流运输的分离技术J。实验流体力学杂志，2005，19（1）：94-98（中国）。2 BELAIDI A. 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