旋液式油水分离器的设计【含CAD图纸、说明书】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共30页)
编号：19900892
类型：共享资源
大小：510.33KB
格式：ZIP
上传时间：2019-06-13
上传人：机****料
认证信息
个人认证
高**（实名认证）
河南
IP属地：河南
50
积分
- 关 键 词：
-
含CAD图纸、说明书
旋液式油水分离器的设计
旋液式油水分离器的设计 【
设计cad图
含设计说明
旋液式油水分离器
CAD图纸设计
油水分离器
油水分离器的
【液水分离器】液水分离器
- 资源描述：
-
- 内容简介：
-
毕业论文（设计）任务书院（系） 机械工程学院 专业 过程装备与控制工程 班级 班 学生姓名 指导教师/职称 1. 毕业论文（设计）题目：旋液式油水分离器设计2. 毕业论文（设计）起止时间：2013年4月1日2013年6月23日3毕业论文（设计）所需资料及原始数据（指导教师选定部分）（1）分离物系：工业污水（2）处理量：60m3/h；（3）油质量分数：2%；（4）分离要求：油20mg/L4毕业论文（设计）应完成的主要内容（1）完成一篇与设计相关的英文翻译，译后中文不少于3000字；（2）完成油水分离器的设计，并撰写设计说明；（3）绘制分离器的装配图及主要零部件图（零部件图至少3张）；（4）绘制设备及主要零部件的三维效果图；5毕业论文（设计）的目标及具体要求（1）学会查阅文献资料的方法（2）知道分离原理及方法（3）能够对油水分离设备进行设计计算（4）会用绘图软件绘制装配图、零件图绘制和三维效果图（5）学会文档排版的基本知识6、完成毕业论文（设计）所需的条件及上机时数要求（1）设计手册等相关资料（2）上机200小时，用于绘图和撰写论文任务书批准日期 年 月 日 教研室（系）主任（签字） 任务书下达日期 年 月 日 指导教师（签字） 完成任务日期 年 月 日 学生（签名） II毕业论文(设计)学生工作手册院 （系）： 专业班级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 学年 年 月至 年 月教 务 处 编 制 旋液式油水分离器设计1.研究目的和意义目前炼油厂对含油污水的处理，一般采用“老三套”技术，“隔油-浮选-生化”。多年来的实践证明，该技术比较简单且实用，但二级加药浮选存在着下述问题:如二次提升污水，能耗较高，油水分离时间较长（30-60min)，建筑占地面积较大，特别是投加大量药剂后，产生大量浮渣，对浮渣的处理投资大，操作复杂，如不妥善处理，则会造成二次污染等。 旋液式油水分离器是一种新型的具有效率高、处理量大、质量轻、体积小、本身无运转部件、维修和管理费用低等优点。据BWN Rortoil公司统计，截至1988年止，全世界巳有18台这种装置在运行，另有7台正在建造中，其中处理量最大的为30210m3/d，处理后的出水含油量小于5mg/L。 抚顺石化公司石油一厂与大连理工大学合作进行了两年多的试验,成功开发了 XYF-5型旋液式油水分离器，取得了较满意的结果。结果表明，炼油厂含油污水在该器中停留2-3s，不投加任何药剂，处 理后的出水含油量可降至15mg/L以下，达到了生化进水水质要求，可以代替二级加药剂的压力浮选程的目的，具有很好的经济、环境和社会效益。2.旋流器的发展特点 它的应用领域已扩大到各行各业。从其可分离的类型上看，除了对完全溶解于液体介质的物质不能分离(溶于液体中的气体，在水力旋流器中也可部分地分离)，以及对乳化液难于分离(可加入破乳剂后再行分离)外，其它的两相或三相介质均可分离。如液-固、气-固、液-气、液-液、液-气-固三相的分离，甚至密度不同，或形状不同的两种固体颗粒亦可用水力旋流器分离。同时，对水力旋流器的操作特性许多学者作了专门研究，对它的应用场合，运转参数的选择与确定都有了合理的依据。因此，水力旋流器在实际应用中大都取得了很好的分离效果，经济效益可观。许多学者专门研究了水力旋流器各部分几何参数的合理确定的问题，研究了几何尺寸变化对分离性能的影响，如，溢流口径和底流口径的形状及大小的改变、圆锥角的变化、尾管长度等，从而逐渐得出了几组合理的几何尺寸。 再次，水力旋流器的设计与制造方面，固一液水力旋流器已有几种定型的设计，其结构与参数经使用证明较为合理。其中以Rietema，Bradley和Kelsall的三种设计结构应用最普遍，效果最好他们的选择与比例放大也有自己的关系式，这些关系式都是通过试验推出的，具有半经验性。液一液水力旋流器的结构与设计，最为合理的是Thew等人的设计，他们在这一领域进行了大量的试验研充。其效果十分明显。但液一液水力旋流器的选择与比例放大的理论工作。目前还很不完善，没存提出什么合理的可供遵循约关系式。水力旋流器的制造技术也大大提升了，在保证精度以确保水力旋流器的运转特性前提下，制造方法不断改善。最明显的是液一液水力旋流器的制造，许多国家巳用非金属材料(如聚胺酯等)代替金属材料，用注塑方法加工生产同时将几个水力旋流器制造在一个外壳内，加大了处理量，又降低了成本。总之水力旋流器出于其特珠的分离机理及结构持证，使它成为独具一格的一种分离装置在一定的应用场合它比任何其它的分离设备更便于使用。特别是在石油工业尤其是今后三次采油技术的全面推广后，水力旋流器的应用将更为广泛。可以预见今后若干年内，它必将发挥巨大的效益在我国石油工业等部门中获得更广泛的应用。3. 工作原理将需要分离的两相混合液以一定的压力从旋流器圆筒体上部的切向进料口注入，从而在器内形成强烈的旋转运动,由于轻重两相的密度差异，重相沿锥体器壁向下，形成外旋流并在下部的底流口排出，而轻相则受流体的拽力向内部运动，并被向上的内旋流由溢流口带出从而完成两相的分离。 液-液水力旋流器的分离原理，与固-液分离十分相似。它是利用两种混合在一起但不互溶的液体之间的密度差，在水力旋流器体内进行离心分离。但液-液分离要比固一液分离困难得多，其主要原因是：一般两种液体之间的密度差较小，如油与水的密度差一般只有0.1至0.2g/cm3。左右，而固-液两种介质之间的密度差常常较大，有时会有几倍的差别。分散相的液体介质，不论其密度较连续相液体介质大或小，都是以小滴的形式存在。这些液淹没有固定不变的形状，在力的作用下极易变形，有时甚至会破裂。因此两种液体混合的介质在水力旋流器中分离时既要求液流在水力旋流器体内形成高速旋转的涡流，以保证液滴有足够的力沿径向方向移动，又要防止液滴在高速旋转时，受到过大的切向剪应力致使液滴破碎，分裂成更细小的液滴，导致分离更加困难。这都是液-液分离水力旋流器的应用较固-液水力旋流器晚了近一百年的原因。 下面进一步分析一下液-液分离的过程。两种液体介质的混合物由入口切向进入旋流腔后，在内部产生强烈的涡流。然后由旋流腔经过很短的大锥角段后，迅速过渡到锥角很小面长度较大的小锥角段，其后进入一个长度较大直径较小的圆拄状尾管内。这种结构使进入旋流腔后高速旋转的液体很快收缩到细长的小锥角段内，这一段直径变化缓馒，旋转加速度的变化趋于缓和。同时，液体涡流在细长的小锥角段及尾管中存留时间稍有增加，而液滴在小直径孔中沿径向向轴线移动的路径就短，液滴受到的切向力也减小。因之，分散相液滴在连续相介质中的分离更平稳，分离的机率大大增加。在保证液滴分离的同时，减少了其破碎的几率，即使部分液滴破碎成更小的尺寸，也会在长的小锥角段甚至在尾管中进一步分离出。根据结构上的这些要求，决定了液-液用水力旋流器比同直径的固-液水力旋流器的长径比大很多，因而总长度也大好几倍。在液-液分离中，连续相介质可能比分散相介质重(如从水中分离出所含的少量油)，也可能比分散相介质轻(如从油中分离所含的少量的水)。以上两种不同的情况的分离，原理相似，但水力旋流器的结构会略有不同。分散相介质较连续相介质轻时，两种介质混合物在水力旋流器体内分离时，轻质分散相向轴线附近移动，形成轻质分散相的核心，并向上从溢流口排出，而分散相介质较重时，它在水力旋流器体内旋转时，就会向器壁移动，并向下从底流口排出。所以溢流口与底流口直径及水力旋流器的其它某些结构参数会根据分散相介质的浓度及性质而做相应的改变。此外，由于液体在水力旋流器体内形成涡流而涡流中心处的压力最低溶于液体内的气体会分解出，在轴线财近形成一个“气核”。个论固-液分离与液-液分离。这个气核都是存在的。实践证明这个气核的存在不会影响分离过程有时还对分离有利。与固-液分离相同，用水力旋流器进行液一液分离也是不完全分离。从溢流中排出的液体并不完全是轻质相介质，会同时排出少量重质相介质。而从底流中排出的液体，不可避免地会含有少量轻质相介质。但只要操作变量控制恰当，分离效率完全可达到9095以上，有的液-液分离水力旋流器约分离效率高达98，能满足一般分离要求。4选型设计方法及思路液-液旋流器的选型设计方法与固-液旋流器相同，其设计方法有2种。第1种是根据几何尺寸对压降、处理量、分离效率的影响情况,选择各部分几何尺寸。这种设计方法需要掌握各设计变量与水力旋流器性能的定量关系。当然，已有许多经验理论和模型可以利用，除特定的旋流器外,这些理论和模 型只能给出近似估算。第2种方法是选择标准的水 力旋流器，按其相似准则和几何尺寸比例关系，进行 计算和比例放大，这样能够得到较可靠的设计结果。第2种设计方法实际是相似设计法，也就是按照设计参数处理量 、压降和粒径的要求，选择性能优良的旋流器，用其相似准数关系和几何 尺寸比例关系，计算设计旋流器，在旋流器选型设计中常采用该方法。 5阅读的主要参考文献及资料名称1李振林，董守平，张建，等.重力式油气水三相分离器 内部流动研究J.石油机械，1999，27(7)2郭军，张军，唐驰，等.油气水复合式分离器样机 实验J.中国造船，2005,46:322-327.3赵文欣，郭亚轩，董传占，等.基于RNG k-e模型的聚 结器油相体积浓度场数值模拟J.大庆石油学院学 报,2007, 31(4)51-53. 4赵立新，华正荣，朱宝军，等.脱油型螺旋管油水分离器 的数值模拟.化工机械，2008，35(6)345-349.5王凯，贾星兰，李晓伟，等.油水旋流分离器内部流场 的CFD模拟.化工装备技术，2009，30(5):9-12.6于汉成.重力式分离器的沉降理论与实用公式.天 然气工业，1994，14(6):60-63.7孙治谦，金有海，王振波，等.聚结构件结构对重力分离 器油水分离性能的影响.化工学报，2010，61 (9): 2386-23928蔡飞超，马涛，赵小奎.重力式油水分离器分层流动 数值模拟.石油矿场机械，2008，37(11) ：2-75.9万楚筠，黄凤洪，廖李，等.重力油水分离技术研究进 展.工业水处理，2008，（7):18-21.10张有志.国外油田注水的除油方法及设备.石油机械， 1992，19( 1)： 31 36 2化学工程手册编委会.化学工程手册.第5卷.北京： 化学工业出版社，1989.11斯瓦罗夫斯基L(英）编，朱企新等译.固(液分离.北 京：化学工业出版社，1990.12戴干策，陈敏恒.化工流体力学.北京:化学工业出版 社,1988.13.何翌.油水分离旋流器性能测试：学位论文.大连：大 连理工大学，1993.6研究的内容及主要任务 （1）学会查阅文献资料的方法（2）知道分离原理及方法（3）能够对油水分离设备进行设计计算（4）会用绘图软件绘制装配图、零件图绘制和三维效果图（5）学会文档排版的基本知识7设计时间安排时 间阶段内容与任务成果5-7周毕业实习了解设计相关的技能资料收集、实习日志、实习报告8-9周设计准备进行深入的调查和国内外文献查阅、确定设计思路和步骤外文翻译、开题报告9-11周方案设计完成旋液式油水分离器数据计算和分析,进行广泛的设计方案构思计算数据，工艺结构12-14周深入设计进行fluent模拟实验并完成零件图和装配图电子图与设计说明书纲要15-16周末期设计完成设计所有环节，定型打包，设计说明书的编写设计说明书17周答辩准备设计过程中所有文件的检查修改、答辩用材料的编写毕业设计、电脑演示、论文答辩提纲、视频课件制作教师意见：指导教师签字： 日期： X 毕业设计开题报告 题 目 名 称 旋液式油水分离器设计 院 （系） 专 业 班 级_ 学 生 姓 名 指 导 教 师 辅 导 教 师_ 开题报告日期 旋液式油水分离器的设计 摘要:目前，水力旋流器在油田采出液预分离和含油污水处理中逐步推广应用。水力旋流器具有结构简单紧凑、效 率高、体积及占地面积小等优点。对水力旋流器结构及参数关系进行了分析。通过改进与优选水力旋流器结构，得到旋 流器单体的双入口结构理想型式为反涡线、大小锥段为圆弧过渡形式。同时简要分析了高次曲线与正余切曲线结构的 锥段过渡形式，确定出合理的水力旋流器单体旋流腔长度为65 mm。经过理论研究和对比试验发现，具有结构参数关系 模型的水力旋流器较常规结构的水力旋流器有更高的分离效率。水力旋流器是利用强离心力场来实现有一定密度差且不互溶物系分离的离心 沉降设备。目前油田在无动力加工环境中的单井作业无法进行机械脱水处理，一 直采用装原油的容器下加煤炭火烧加温、搅拌、沉淀、分解的老方法进行脱水处 理。这种方法不但极易引起火灾，而且原油损耗大、劳动强度髙、工作效率低， 以及对环境造成极大污染。该方法已经不能满足现在油田生产的需要。水力旋流法是由英国南安普顿大学（Southampton)研究成功的一种具有80 年代先进水平的含油污水处理新方法。因为它结构简单、分离效率高、成本低， 从它问世之日起，就得到了世界各国的重视。现在，旋流分离已作为重力分离的 一项替代技术，成为世界国际油田地面工程中的主体技术和重要装备。在前期对液-液旋流分离器流量压降特性实验研究的基础上，分析了结构参数、操作参数及物性参数对液- 液旋流分离效率的影响;提出了液-液旋流分离器结构设计的设计方法和设计步骤，认为建立性能优良的旋流器模 型数据库，是选型设计的基础和前提。关键词：水力旋流器；分离效率；入口 ；锥段；溢流管；旋流腔；底流管Abstract: At present, the hydrocyclone in oilfield produced gradually promote the use of liquid separation and oily sewage treatment. Hydrocyclone has the advantages of simple and compact structure, high efficiency, small volume and area etc. On the relationship between the structure and the parameters of the hydrocyclone are analyzed. Through the improvement and optimization of hydrocyclone, get double entrance structure of ideal type cyclone monomer for the vortex line, size of the taper section is arc transition form. At the same time, a brief analysis of the cone transition form high-order curve and curve structure, reasonable length of single bodied whirl cavity of hydrocyclone has been determined as 65 mm. It has been discovered that through theoretical study and contrast test，the hydrocyclone that possessing relation model of structural parameters hasmore higher separation efficiency than hydrocyclones with conventional structures.Cyclone separators are used in various kinds of industries to separate materials of different densities. By creating a strong swirl, large centrifugal forces in the process mixture are generated and due to differences in density the materials will separate. At present in petroleum industry, single well cannot proceed mechanical dehydration treatments with not power. It always taken heat up and deposit method to dewatering, such means not only bring fire and crude oil waste large, labor intensity high, and it have badly influence on environment. Now that approach had insatiability oil fields produce demand.Hydraulic power method was newly oil-water separation method. It was invented by Britain Southampton University in 1980s. For it structure simplicity, separation efficiency high, and cost low. From it appearance, that has been got widely recognition. In the not far future, rotational flow separate will certainly replace gravitational separation technology, became 21 century international oil field primary equipment.Based on the experiments aiming at studying flowrate and pressure drop performance，geometric parameters， operating parameters and liquid characteristic parameters influence on separate efficiency are analyzed. Optimal structure design method and process of liquid-liquid separate hydrocyclone are brought forward. Its thought that the database of best hydricyclone model is the basic and premises about optimal structure design.Keywords: hydrocyclone； separation efficiency； entrance； conicsection； overflow pipe; whirl cavity； underflow pipXVI 目录1前言12.选题背景23方案论证33.1油水分离器的主要特点33.2工作原理44.旋液式油水分离器结构65.旋液分离器尺寸的计算75.1主直径的选取75.2旋流器其它结构参数的设计85.3溢流口流量和底流口流量的计算106.水力旋流器的制造和安装116.1 水力旋流器在制造上的要求116.2材料选择126.3 常用的制造方法136.4安装157几何参数对水力旋流器性能的影响157.1进料口尺寸157.2旋流器直径167.3锥角167.4溢流管尺寸167.5底流口尺寸168操作参数对水力旋流器的影响168.1分离效率与进口流量之间的关系168.2分流比F与分离效率之间的关系178.3分流比与压降比之问的关系179.影响旋流器分离效率的因数189.1旋流器的准数189.2主要影响因素189.2.1 尺寸变量189.2. 2操作变量209.2. 3物性变量20致谢23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. THEW MT的石油和天然气的影响上的内容的可控性和分离以脱注油旋流J。横贯的刊物，2003，81（3）：305-314。3吴迎香，李清平和郑志柱等人。海上石油和天然气的多相流问题发展J。中国造船，2005，46（增刊）：314-321（中国）。4，戈麦斯雷诺索A. L. E.王S. B.等。蛞蝓阻尼器的设计和性能J。 能源科技，2008，130（4）：1-12。刘海飞，邓晓辉和罗东红等5单相压降的实验研究圆柱气旋J。中国水电杂志动态，2010，25（6）：851-856（中国）。6 MOVAFAGHIAN S.，JAUA MARTURET J. A.MOHAN R. S.等人。几何的影响，流体亲气 - 液的流体力学的perties和压力圆柱旋风分离器J。国际柔RNAL多相流，2000，26（6）：999-1018。7刘晓分钟，檀润华和刘银妹。水电动态流变性能分析模型耦合流气液圆柱气旋分离器J。石油学报，2005，26（5）：107-110114（中国）。8埃斯科瓦尔OM改良的性能评价液 - 液（LLCC）圆柱旋流分离器D。美国塔尔萨，Oklakoma：大学硕士论文，塔尔萨，2005。9 MATHIRAVEDU R. S.，王S. B.磨憨R.S.等人。性能和控制液 - 液cylindrical旋风分离器J。 能源资源科技，2010，132（1）：1-9。10马REYES乙脑，帕切科和马林JC等。数值模拟和实验的多相流液 - 液圆柱气旋分离TOR C。欧洲流体工程的法律程序夏季会议，ASME。美国迈阿密，2006年1-7。11古普塔A.，库马尔R.三维湍流在气缸中的漩流：实验和计算蒸发散J。国际热和流体杂志流量，2007，28（2）：249-261。12刘海飞，徐镜宇，吴应祥等。油，水两相流动的数值研究圆柱CYCLON J。水动力学研究与进展，2010，22（5增刊）：832-837。13 OROPEZA-巴斯克斯C. AFANDOR E.和戈麦斯L.等。在一个新的液 - 液的油水分离圆柱气旋（LLCC）紧凑型分离器实验和建模J。中国流体工程， 2004年，126（4）,553-564。14贾瓦内赫A. M.，H. TLILAN和AL-SHYYAB A.等人。强漩流在一个圆柱形的分离器J。矿产工程，2008，21（5）：366-372。15 HUSVEG T.，RAMBEAU O.和T.等人DRENGSTIG。除油水力旋流器的性能变量流速J。矿产工程，2007，20（4）：368 - 379。目 录任务书I开题报告III指导老师审查意见XI评阅老师评语XII答辩会议记录XIII中外文摘要XIV1前言12.选题背景23方案论证53.1油水分离器的主要特点53.2工作原理64.旋液式油水分离器结构85.旋液分离器尺寸的计算95.1主直径的选取95.2旋流器其它结构参数的设计105.3溢流口流量和底流口流量的计算136.水力旋流器的制造和安装146.1 水力旋流器在制造上的要求146.2材料选择156.3 常用的制造方法176.4安装187几何参数对水力旋流器性能的影响197.1进料口尺寸197.2旋流器直径197.3锥角197.4溢流管尺寸197.5底流口尺寸198操作参数对水力旋流器的影响208.1分离效率与进口流量之间的关系208.2分流比F与分离效率之间的关系208.3分流比与压降比之问的关系209.影响旋流器分离效率的因数219.1旋流器的准数219.2主要影响因素219.2.1 尺寸变量229.2. 2操作变量239.2. 3物性变量2310.结论和认识25参考文献25致谢27致谢1前言水力旋流器(Hydrocyclonc)是一种分离非均相液体混合物的设备，它是在离心力的作用下根据两相或多相之间的密度差来实现两相或多相分离的。由于离心力场的强度较重力场大的多，因此水力旋流器比重力分离设备效率要大的多。早在1891年，Bremey就在美国申请了第一个水力旋流器专利。但在随后的几十年时间里水力旋流器一直主要被用做固液两相介质的分离装置，从水中分离固体介质，如煤的精选等，且仅限于在采矿工业中使用，末被其它行业所重视与引用。二次大战前后，学科之间的沟通与交流极大地扩大了它的应用范围，化工、冶金、石油加工、动力发电、废水处理、造纸等部门都开始应用，但仍是做为固液两相介质的分离装置。近二三十年来，随着其用途的不断扩大，它的理论研究、实验与设计、加工制造各方面都有了长足进步。同时，它的用途也由主要进行固液分离，扩展到两种不互溶流体介质的液一液分离和气液分离，甚至三相分离等，如液体净化、泥浆稠化、液体脱气、固体区分、固体介质的冲洗、按密度或形状将固体分类等，现在水力旋流器已成为多用途的高效分离装置。上世纪60年代末期，英国Southampton大学的MartinThew等人开始研究用水力旋流器分离油、水两种液体介质的可能性。从70年代起，他们进行了将近10年的研究，得到了肯定的结论，并设计出样机。从此开始了水力旋流器应用的另一个新领域，液液或液气的两相分离。由于旋流分离具有许多独特的优点，旋流脱油技术在发达国家含油污水处理特别是在海上石油开采平台上已成为不可替代的标准设备。1989年中国海洋石油公司与美国Amoco石油公司在中国南海联合开发的流花111油田，开始在海上石油开采平台上使用旋流分离器处理含油污水。二十多年来的科学研究及工程实用结果表明：旋流分离作为一种高效分离技术，其使用场合并不仅仅局限于污水除油方面，如同重力分离技术一样。其在原油脱气、脱水、除砂以及原油和污水净化等方面都存在着技术上的可行性、经济上的必要性和工程应用上的广阔前2.选题背景 它的应用领域已扩大到各行各业。从其可分离的类型上看，除了对完全溶解于液体介质的物质不能分离(溶于液体中的气体，在水力旋流器中也可部分地分离)，以及对乳化液难于分离(可加入破乳剂后再行分离)外，其它的两相或三相介质均可分离。如液-固、气-固、液-气、液-液、液-气-固三相的分离，甚至密度不同，或形状不同的两种固体颗粒亦可用水力旋流器分离。同时，对水力旋流器的操作特性许多学者作了专门研究，对它的应用场合，运转参数的选择与确定都有了合理的依据。因此，水力旋流器在实际应用中大都取得了很好的分离效果，经济效益可观。许多学者专门研究了水力旋流器各部分几何参数的合理确定的问题，研究了几何尺寸变化对分离性能的影响，如，溢流口径和底流口径的形状及大小的改变、圆锥角的变化、尾管长度等，从而逐渐得出了几组合理的几何尺寸。 再次，水力旋流器的设计与制造方面，固一液水力旋流器已有几种定型的设计，其结构与参数经使用证明较为合理。其中以Rietema，Bradley和Kelsall的三种设计结构应用最普遍，效果最好他们的选择与比例放大也有自己的关系式，这些关系式都是通过试验推出的，具有半经验性。液一液水力旋流器的结构与设计，最为合理的是Thew等人的设计，他们在这一领域进行了大量的试验研充。其效果十分明显。但液一液水力旋流器的选择与比例放大的理论工作。目前还很不完善，没存提出什么合理的可供遵循约关系式。水力旋流器的制造技术也大大提升了，在保证精度以确保水力旋流器的运转特性前提下，制造方法不断改善。最明显的是液一液水力旋流器的制造，许多国家巳用非金属材料(如聚胺酯等)代替金属材料，用注塑方法加工生产同时将几个水力旋流器制造在一个外壳内，加大了处理量，又降低了成本。对于油中分散水进行处理的水力旋流器取得的成功较少。一篇较早的论文采用了传统的几何结构, 实验从水为连续相延续到油为连续相, 而且实验采用的也是塑料颗粒, 以免乳化。实验没有得出合理的分离结果, 即使是采用水-煤油混合液。但是实验也的确给出结论认为壁面的润湿性是显著的。对全锥角为60和具有低剪切扩大入口的旋流器进行水/煤油实验的结果全面总结, 揭示出分流比和入口含水量对分离压降的影响, 以及仅以水为介质时对轴向速度分布的影响。一个关键参数是比值Rf/Cf(分流比与含水量之比), 这个比值的理想值为当水刚刚发生突破进入溢流时的值1, 实验中最小值为1. 1。对水滴的破碎情况与固体颗粒和类比液滴在同一旋流器内的结果进行了检查对比。从油中分离水(或盐水), 当油的粘度接近水的5倍时, 很明显没有什么成功的先例, 当然界面的自然性质也是极为重要。最近的研究表明正确匹配的破乳剂可改善分离效率30%, 这主要是增强了液滴的聚结。这项研究也暗示了应当对几何尺寸进行修正, 以便正确确定停留时间, 使表面活性剂充分发挥作用, 而且由于两个排出口停留时间分布( RTD)是不同的, 因此也包括对分流比的调整。我国在液-液旋流分离技术研究方面起步较晚。80年代末, 国内有关科研单位开始正式成立旋流器科研课题进行研究。他们在引进成套旋流器的同时, 根据国外文献资料中提供的液-液旋流器模型尺寸比例, 结合自己的设计经验, 设计出适合我国油田实际情况的液-液旋流器。其中江汉石油机械研究所设计的XL- 10型液-液旋流分离器,油田现场试验的分离效率为0.94; 大庆油田设计院于1992年设计的双锥型旋流器的除油效率基本达到了国外同类产品的指标; 胜利油田勘探设计院同沈阳新阳机器制造公司合作开发的预分离旋流器和污水处理旋流器的分离效率分别在80%以上, 但在现场应用中性能还不稳定。此外, 石油大学(华东)油气集输教研室在开展液-液旋流分离技术研究以来, 先后在结构选型试验研究、旋流管外特性研究、旋流管流场数值模拟方面取得了很大的进展。开发出了35mm、28mm和20mm高效、低耗系列油水预分、污水除油旋流管, 在压降小于0. 3MPa时, 处理量分别为6. 2m3/h、4. 1 m3/h、2. 2 m3/h。其中除油旋流管底流出口水中含油指标达到国外同类旋流器的性能指标。并且开发出的部分旋流管已经推广应用到胜利油田和大港油田, 目前正着手把初步的研究成果转向产品化。尽管在理论分析方面和计算流体力学( CFD)方面水力旋流器研究稳步向前发展, 但水力旋流器研究基本上仍以实验为基础。LDA的出现使稳态和紊流情况下高涡旋速度场的无侵入式测量成为可能, 而且该技术已从70年代早期的一维测量发展到今天的三维测量。实验架设计的关键因素是独立控制流量和液滴粒径, 结合利用等动量取样进行进出口液滴粒径测量。尽管在线激光衰减散射法在含油浓度测量的精度上不如传统的溶解萃取红外线法,但激光在线法却远比萃取法方便得多。虽然LDA是单点测量, 但当使用染色剂或盐示踪剂时, 停留时间的确定可以给出合成的图像, 尽管只是针对连续相成份。尽管Kimber和Thew用圆筒形水力旋流器分出了大约90%的油, 但这是不适合于商业应用的。在研究中, 他们很看重多入口的重要性, 认为多个入口可实现油核的线性, 使油核具有最小的回旋。他们还发现在底流端具有轴向出口而不是切向出口情况下具有最低的紊流强度。然而, 油芯向出口的流动对轴向出口设在入口端及底流端的两种情况都不能令人满意。前者得不到稳定的反向流动的核芯, 而后者会出现导致油被捕获的周期性的不稳定性, 或者说已分开的油和水会发生片刻的混合。(细小的聚丙烯粉用来模拟油滴, 具有更高的摄像可视性, 避免偶合和破碎现象)。Colman和Thew发现增加非常小的锥角, 如小到1 2全锥角, 会导致径向流动的不同, 特别是当为了降低剪切和压降而显著扩大入口截面时。与长圆柱几何结构相比, 锥管结构可以给出稳定的、直径细小的反向流核芯, 而且允许在极小的溢流孔径下工作。实验所得到的最好结果是在没有涡流探测管(Vortex finder)的情况下。长的圆柱尾管是构成旋流器整体所必须的部件, 在圆柱尾管里小粒径的液滴移向轴线上的反向核芯。发展的步伐逐渐加快。1983年Colman和Thew发表文章公布了一些概括出的关系式和级效率曲线(粒径测试采用库尔特计数器, CoultreCounter), 尽管这篇文献中优化的斯托克斯数St ( StokesNumber)和雷诺数Re( ReynoldsNumber) 之间的关系式被后来发现是错误的。液-液水力旋流器装置的工作可采用计算机控制, 例如, 一个3段式水力旋流器装置采用计算机在线控制, 如果超声探针探测到入口有一油流段塞, 可自动控制将油流切换到污油罐去。尽管计算机控制在操作上是令人满意的, 但在旋流器本身仍没有被验证的情况下, 该应用被油田所接受还需要很长时间。八十年代中期以后, 流场测试的结果开始出现。然而, 由于对实验室中的模拟感到怀疑, 尤其是对界面的化学和物理性质感到怀疑, 后来的工作变得迟缓了。然而, 对旋流器几何尺寸的影响的深入研究,尤其是对入口旋涡的检验, 否认了斯托克斯数与欧拉数乘积为常数的说法, 认为这很有可能是由于液滴的变形或破碎造成的, 最近的一项实验理论研究证实尾直管是必须的。这项研究还计算了液滴的轨迹, 进而表明最近提出的除油水力旋流器理论分析模型需要改正, 这个模型显示尾直管内的液滴没有经反向流到达溢流。一篇关于CFD的论文展现了与实验对比的结果, 特别是关于除油旋流器的情况。文章表明这项工作还有很长的路要走。总之水力旋流器出于其特珠的分离机理及结构持证，使它成为独具一格的一种分离装置在一定的应用场合它比任何其它的分离设备更便于使用。特别是在石油工业尤其是今后三次采油技术的全面推广后，水力旋流器的应用将更为广泛。可以预见今后若干年内，它必将发挥巨大的效益在我国石油工业等部门中获得更广泛的应用。3方案论证3.1油水分离器的主要特点围绕实现液液旋流分离的问题，国内外研究者经过多年研究，在以下方面人们取得了共识：（a）产生强烈的旋流，使分散相有足够的径向迁移：（b）旋流腔径要小，要有足够大的长径比，以产生强烈的旋流。避免过大压降，分散相有充裕的滞留时间；（c）较轻的分散相总是趋向于流心，因此流心附近的液流层必须稳定，如果流心摇摆就会出现相的重混；（d）旋流器有很小的圆锥角，导流口的形状和位置能使液流刚好旋转，旋转轴与几何轴线重合，避免分散相的剪切。结合以上的基本要求，现在所研究的除油型水力旋流器(以下简称油水分离器)是一种较为理想的油水分离设备，它具有以下特点：(1)结构紧凑，体积小，尤其适用于海上石油钻井平台等场合；(2)分离效率高，对含油污水的浓度适用范围广；(3)操作简单，设备的维修少，因为水力旋流器的结构简单，无运动部件，设备出现故障的机会少，可长期连续运行：(4)对于有较大压力的含油污水(如油田注井水)可不需其他动力，对低压的进料经过加压也可较好的分离。与其他处理方法相比，用水力旋流器处理处理含油污水可节省大量能源；(5)由于依靠强大离心力场作用，油滴在设备中停留的时间短(2-3s)，对含油污水的较大浓度波动或流量波动能很快地适应；(6)对基础的运动不敏感。3.2工作原理将需要分离的两相混合液以一定的压力从旋流器圆筒体上部的切向进料口注入，从而在器内形成强烈的旋转运动,由于轻重两相的密度差异，重相沿锥体器壁向下，形成外旋流并在下部的底流口排出，而轻相则受流体的拽力向内部运动，并被向上的内旋流由溢流口带出从而完成两相液-液水力旋流器的分离原理，与固-液分离十分相似,它是利用两种混合在一起但不互溶的液体之间的密度差，在水力旋流器体内进行离心分离。但液-液分离要比固一液分离困难得多，其主要原因是：一般两种液体之间的密度差较小，如油与水的密度差一般只有0.1至0.2g/cm3左右，而固-液两种介质之间的密度差常常较大，有时会有几倍的差别。分散相的液体介质，不论其密度较连续相液体介质大或小，都是以小滴的形式存在。这些液滴没有固定不变的形状，在力的作用下极易变形，有时甚至会破裂。因此两种液体混合的介质在水力旋流器中分离时既要求液流在水力旋流器体内形成高速旋转的涡流，以保证液滴有足够的力沿径向方向移动，又要防止液滴在高速旋转时，受到过大的切向剪应力致使液滴破碎，分裂成更细小的液滴，导致分离更加困难。这都是液-液分离水力旋流器的应用较固-液水力旋流器晚了近一百年的原因。 下面进一步分析一下液-液分离的过程。两种液体介质的混合物由入口切向进入旋流腔后，在内部产生强烈的涡流。然后由旋流腔经过很短的大锥角段后，迅速过渡到锥角很小面长度较大的小锥角段，其后进入一个长度较大直径较小的圆拄状尾管内。这种结构使进入旋流腔后高速旋转的液体很快收缩到细长的小锥角段内，这一段直径变化缓馒，旋转加速度的变化趋于缓和。同时，液体涡流在细长的小锥角段及尾管中存留时间稍有增加，而液滴在小直径孔中沿径向向轴线移动的路径就短，液滴受到的切向力也减小。因之，分散相液滴在连续相介质中的分离更平稳，分离的机率大大增加。在保证液滴分离的同时，减少了其破碎的几率，即使部分液滴破碎成更小的尺寸，也会在长的小锥角段甚至在尾管中进一步分离出。根据结构上的这些要求，决定了液-液用水力旋流器比同直径的固-液水力旋流器的长径比大很多，因而总长度也大好几倍。图1工作原理示意图如图1，在液-液分离中，连续相介质可能比分散相介质重(如从水中分离出所含的少量油)，也可能比分散相介质轻(如从油中分离所含的少量的水)。以上两种不同的情况的分离，原理相似，但水力旋流器的结构会略有不同。分散相介质较连续相介质轻时，两种介质混合物在水力旋流器体内分离时，轻质分散相向轴线附近移动，形成轻质分散相的核心，并向上从溢流口排出，而分散相介质较重时，它在水力旋流器体内旋转时，就会向器壁移动，并向下从底流口排出。所以溢流口与底流口直径及水力旋流器的其它某些结构参数会根据分散相介质的浓度及性质而做相应的改变。此外，由于液体在水力旋流器体内形成涡流而涡流中心处的压力最低溶于液体内的气体会分解出，在轴线财近形成一个“气核”。不论固-液分离与液-液分离。这个气核都是存在的。实践证明这个气核的存在不会影响分离过程有时还对分离有利。与固-液分离相同，用水力旋流器进行液一液分离也是不完全分离。从溢流中排出的液体并不完全是轻质相介质，会同时排出少量重质相介质。而从底流中排出的液体，不可避免地会含有少量轻质相介质。但只要操作变量控制恰当，分离效率完全可达到90-95以上，有的液-液分离水力旋流器约分离效率高达98，能满足一般分离要求。4.旋液式油水分离器结构图2 southampton型水力旋流器结构示意图水力旋流器是水力旋流法处理含油污水的核心设备。目前国内外尽管有各种不同结构形式的水力旋流器，但内部结构却基本相同。本文以较为典型的southampton双锥型水力旋流器为例简述其基本结构。图2为southampton型水力旋流器结构示意图，它由以下几部分组成。a入口：由于液-液两相密度差较小，水力旋流器中必须形成一个大范围的高强度的旋流场，从而达到分离分散相的目的。但为了防止分散相液滴的破碎，应使其内部具有最小的湍流剪切应力，通过切向进口使流体的线动量尽可能变为角动量。b旋流腔：旋流腔是一圆柱形空腔，对于旋流器液-液分离是很关键的部分之一。从入口进入的油水混合物在这个直径较大的空腔内产生旋转涡流。若没有旋流腔，则流体从直径较小的入口进入旋流器后会产生较大的压力损失，而且高强度的剪切应力也会增加分散相液滴破碎的几率。实验表明这个较大直径的旋流腔可以减少压力损失15-50，同时还大大降低分散相液滴的破碎几率。c大锥段：又称收缩腔，根据角动量守恒原理，利用圆锥的收缩使流体旋转速度增大，强化离心力场。d小锥段：也称尾段，是液-液水力旋流器的主要分离段，流体以高强度旋流从大锥段进入小锥段后，尽管也存在壁面摩擦损失，但由于水力旋流器的进一步收缩，使得流体在其中的切向速度进一步加大，高强度旋流得到进一步加强。同时细长的小锥段使流体在水力旋流器内停留时间增加，这样两相液滴能充分进行径向迁移，从而实现轻相液滴聚集在中心轴线区而重相在其外围。e圆柱形尾管：该部分主要用于收集更小的分散相液滴并保持中心油核的稳定性。f溢流管：通过溢流管将水力旋流器中心轴线区域的轻相及时排出，防止其在水力旋流器内重新混合。水力旋流器作为分离分级设备的基本工作原理是基于离心沉降作用。当待分离的两相混合物以一定的压力沿切线方向进入旋流腔后，由于流向改变，流体处于强烈的旋流状态。而由于轻相和重相存在密度差，所受的离心力、向心浮力、和流体曳力的大小不同，受离心沉降作用，大部分重相经底流口排出，大部分轻相经溢流口排出，从而达到分离目的。5.旋液分离器尺寸的计算 液-液旋流器的选型设计方法与固-液旋流器相同，其设计方法有2种。第1种是根据几何尺寸对压降、处理量、分离效率的影响情况,选择各部分几何尺寸。这种设计方法需要掌握各设计变量与水力旋流器性能的定量关系。当然，已有许多经验理论和模型可以利用，除特定的旋流器外,这些理论和模 型只能给出近似估算。第2种方法是选择标准的水 力旋流器，按其相似准则和几何尺寸比例关系，进行计算和比例放大，这样能够得到较可靠的设计结果。第2种设计方法实际是相似设计法，也就是按照设计参数处理量 、压降和粒径的要求，选择性能优良的旋流器，用其相似准数关系和几何 尺寸比例关系，计算设计旋流器，在旋流器选型设计中常采用该方法。5.1主直径的选取参照文献2,常用双锥油水分离器的主要结构参数如下表1，任务书中中的处理量600m3/h,可以并联几个此油水分离器共同处理完成表1 常规结构水力旋流器主要结构参数a.取主直径Dn=28mm，旋流腔直径D=56mm旋流器直径越大，分离性能越低。对于油水分离用旋流器，由于油滴尺寸比较小，油水密度差比较小，因此属于难分离的料液，旋流器直径大约在20-70mm之间较为合适。5.2旋流器其它结构参数的设计 M.Thew等人在1980年BHRA组织的旋流器国际学术会议上公 布了他们的研究成果，经研究认为最佳的双锥旋流器尺寸比例为：D/Dn=2, di/Dn=0.35, du/Dn=0.5, do/Dn=0.14, L1/Dn=2, L3/Dn=15,大锥夹角为 20，小锥锥度为1.5。b进料口直径di 最佳进料口直径di : di0.35*Dn=9.8mm，进料口的作用主要是将作直线运动的液流在柱段进口处转变为圆周运动。在一定的流量条件下，减小进El面积，使进口速度过大，造成进口区域的湍流程度加大，容易造成液滴破碎、乳化，使分离效率下降。因此，进口截面积不宜过小。另外，为了减小进口液流的能量损失，进口形状通常采用摆线形和渐开线型等。c溢流口直径do do=0.14Dn=0.1428=4mm，对于油水分流器来说，分散相液滴通过短路流进入溢流管对分离性能反而有利，因此溢流管不插入旋流器内而仅仅与旋流器顶盖相接即可。在一些经典设计中溢流口的直径为do40，以防底流口堵塞。 f.小锥角为=1.5，其他尺寸不变时，旋流器的锥角越大，料液在旋流器内的停留时间越短，因此分离能力越低，同时旋流器内的流体阻力随着锥角的增大而变大。实践证明，对于用于油水分离的水力旋流器，其锥角为1.5较为理想，因而这种旋流器一般很长，对制造加工提出了更高的要求。g.圆柱段长度LlL1=2*Dn=228=56mm，旋流腔是一圆柱形空腔，对于旋流器液液分离是很关键的部分之一。从双切向入口进入的油水混合物在这个直径较大的空腔内产生旋转涡流。若没有旋流腔，则流体从直径较小的入口进入旋流器后会产生较大的压力损失，而且高强度的剪切应力也会增加分散相液滴破碎的几率。实验表明这个较大直径的旋流腔可以减少压力损失1550，同时还大大降低分散相液滴的破碎几率。h.后管的长度L3L3=20*Dn=2028=560mm，尾管是一个长圆柱形管，内径用Du表示。它的顶端与水力旋沈器体小锥角圆锥段的内径相连，其长度用L3表示。该部分主要用于收集更小的分散相液滴并保持中心油核的稳定性。i.溢流管伸出长度L2L2=0.5*Dn=0.528=14mmj溢流管壁厚s 溢流管壁厚的增加，可以提高旋流器的分离效率，并能降低其内部的损失，且 还能略镦提高旋流器的生产能力，所以，设计时可适当加大溢流管壁厚，且溢流管外壁做成环齿形有助于提高旋流器的分离精度 .根据文献3：di=(Dn-do-2*S)/2 , 即9.8=（28-4-2*S)/2 , 取S=2.2;5.3法兰和法兰垫片的选择由于油水分离器工作压力在0.10.6之间，分别根据GB/T 91192000 和GB/T 91262003，选择法兰和垫片的工程压力为PN0.6 ，选择的法兰是平面板式平焊钢制管法兰，其示意图如下图3：图3 平面板式平焊钢制管法兰示意图旋流腔总直径60.4，查表得公称直径为DN50，法兰外径D=140，螺栓孔中心圆直径K=110，螺栓孔径L=14，螺栓数量N=4，螺纹规格M12，法兰厚度C=16。小锥段大端总直径32.4，查表得公称直径为DN25, 法兰外径D=100, 螺栓孔中心圆直径K=75, 螺栓孔径L=11, 螺栓数量N=4, 螺纹规格M10, 法兰厚度C=12。圆柱尾管部分总直径18.4，查表得公称直径为DN10，法兰外径D=75, 螺栓孔中心圆直径K=50, 螺栓孔径L=11, 螺栓数量N=4, 螺纹规格M10, 法兰厚度C=12。然后根据各个公称压力和公称直径选择对应的法兰垫片。5.4溢流口流量和底流口流量的计算对于脱油型水力旋流器而言，分流比F即水力旋流器出油口(溢流口)流量与入口总流量的比值。单纯从净化的角度考虑，分流比适当加大时有利于底流水的净化，即水力旋流器的分离效率会有所提高。随着分流比的增大分离效率和溢流口液体流速也增大，即在单位时间内其他边界条件不变的情况下随着分流比的增加底流口含油量减小、溢流口流量增大、溢流口含油量减小、分离效率增加。同时，随分流比的减小，溢流口液体的平均速度也减小，但溢流口液体中含油体积比例增加，这说明分流比的减小使得溢流口流速降低，而溢流口流速对溢流口(出油口)的出油率影响很大。如果希望出油口出油浓度较高时，降低旋流器的分流比较好，但随之带来的影响是底流口(排水口)的含油量增加了。所以，在实际应用中应该综合考虑两者的关系，如果只希望净化液(底流液体)中含油量少，可以适当提高分流比。但根据质量守恒原理可知，单位时间内进口油相质量不变的情况下，随着底流口含油量的减小溢流口含油量应该增加，而不应溢流口含油量呈减小趋势。通过对进出口油相质量的计算，发现分流比增大后油相的质量损失也随之增大(有时超过30)，即在计算迭代过程中计算的精确度有所降低。分流比在6以下时，油相的损失率基本上都在10以内，此时分离效率和计算精度都比较理想。故在对液液旋流器进行CFD分析时最好将分流比控制在6左右。分流比F的合理选择，应根据入口含油浓度ci确定。油水分离水力旋流器分流比的确定，可以分两种情况：即分别针对脱油型和预分离型两种水力旋流器进行分析。脱油型水力旋流器为液液分离的一种典型结构，这时水中含少量的油，往往需要从底流排出的水尽可能得到净化，即水中尽量不含油，而对溢流口中油的浓度要求可相对放宽。一般进行油田污水处理时，对净化后的水有明确的指标要求，但对被分离出的油的含水量并没有明确规定。前人的研究结果表明，在一般情况下，当含油量小于1时，分流比最好控制在25之间。分流比小于2时，旋流器运行十分困难。对于预分离水力旋流器，通常采用的分流比F大小为12ci13ci。即F=（1.21.3）2% ，取F=6%F即为溢流分离比，F=Qo/Qi ，Qi=600 m3/h, 溢流口Qo=6006%=36 m3/h，底流口流量Qu=Qi-Qo=600-36=564 m3/h根据实验经验数据得知，当分流比为6%时，分离效率达95%左右，取单位质量（1kg）单位时间(1h)单位体积（1L）污水计算，由于分离效率Ez=Mo/Mi=1-(1-F)Cu/Ci ,其中Mo为溢流口质量，Mi为入料口总质量，Mu为底流口质量，F为分流比，Cu为底流口浓度，Ci入料口浓度。则，Mu=Mi-Mo=12%-2%95%=10mg20mg，同时除以体积后可得底流口含油量20mg/L，即满足要求。6.水力旋流器的制造和安装水力旋流器的制造技术直接影响着旋流器的使用性能，即便是好的设计方案过程不能解决或不能接近理论设计上提出的要求，就不可能达到理想的分离效果主要影响水力旋流器的精度、寿命、安全性、加工成本等。6.1 水力旋流器在制造上的要求水力旋流器的结构和形状比较简单，但它与一般的分离设备不同，对几何尺寸的要求较严格，如入口尺寸和位置、锥角大小、内表面的粗糙度、各段间同袖度等。要使水力旋流器获得较好的分离效果，较长的使用寿命，并安全可靠，加工制造时必须注意以下几点：(1)要保证足够的位置精度和形状精度 这方面的要求除了各尺寸要尽量准确外，主要需注意各段之间的不同袖度耍尽可能小，从圆柱形圆柱腔到锥体段及尾管部分的不同轴度过大时，轴线附近的空气柱就会弯曲，甚至成5形。形成这种不稳定、不笔宣的空气柱后，就会影响分离效果。同时，各段之间连接处要尺寸一致，光滑过渡，如从锥体段到圆柱形层管处等。否则，液体在流经这些截面变化处时会受到不应有的干涉，影响流场的乎稳。水力旋流器完全用金屑材料经机械加工方法制造时，尤其要注意上述要求。液液分离用水力流器内部有两个锥角不同的锥体，其轴向尺寸也较长，用机械加工方法制造时，不容易保证其精度要求，而且合增加制造成本，尤其是处理量较大的单管水力旋流器，由于其轴向尺寸随宣径的加大而成比例的增加，机械加工更为困难。(2)内部表面的粗糙度要求 液体在水力旋流器内运动时匝尽可能保持流场的平稳性，所以其内表面的粗糙度要足够小，否则会使器壁附近液体中的颗粒等的运动受到突然的干扰，形成天规则的运动，甚至使已分离出的颗粒重新飞溅而返回悬浮液中。同时，内表面的粗糙度也影响水力旋流器的压力损失，对处理量和分离效率都会有一些影响。根据我们的经验，机械加工时内表面的粗糙度最好保持在Ra1.6m。(3)耐磨及耐蚀的要求 水力旋流器的损坏很重要的一个方面是由于腐蚀和磨损造成的，因此水力旋流器在分离有一定腐蚀性和磨损性的介质时，必须选取适当的材料和加工工艺，以防止或减轻伤蚀和磨损。 (4)制造方法尽量简单，经济评估合理 制造水力旋流器的一切费用的总和就是它的生产成本。对不同的加工方法、不同的加工工艺进行经济分析和对比后，确定适合实际情况的制造方法或工艺过程，是水力旋流器制造过程中应当予以考虑的。6.2材料选择水力旋流器工作要求木同时，其材料和加工方法有很大的差别。材料的选择首先要满足生产工艺和产品的要求：不同的应刑场合，在材料选择上有着不同的考虑。例如在淀粉加工中旋流器一般选用耐磨不锈钢或陶瓷材料；在互介质选煤中，常选用耐磨铸铁或合金铸铁，或在旋流器内表面衬铸石、聚氨酯，橡胶、碳化游、氧化铝等。日前水力旋流器普遍采用钢等金属材料制造，壳体一般选用44锈钢等金属制造。对于较小直径的水力旋流器，内表面多采用硬质合企制造；对于较大白径的水力旋流器，则由不锈钢制造来提高其耐磨性能，在内部加耐磨非金属衬里。对于大型水力旋流器，最为理想的是锥筒内壁喷镀一层较好的耐磨材料，喷镀徐层厚度152mm，锥简本体采用灰铸铁。此时，一旦耐磨层破坏，外层的锥简体很快磨穿，这样就不会在厚壁旋流器壁面磨损严重、已经不能保证设计的分离性能的情况下仍然继续使用。除金属制水力旋流器外，为提高其耐磨损与耐腐蚀等性能，现在许多水力旋流器64L金属材料制造，如陶瓷、酚醛塑料、聚氨配、尼龙等等。还有些水力旋流器仅在圆锥、底流口等磨损严重的部分由耐磨材料制造，如陶瓷、塑料，而其余部分仍由金属材料制造。这些非金属材料除陶瓷外，都存在一个温度的限制，如硕聚氯乙烯小于65左右；尼龙约为80；酚醛酯约为100；聚氯酯约为80一90；树脂橡胶为7左右。这些材料的其他性能也不同，如聚氯乙烯的机械强度较高；尼龙的摩擦系数低；酚醛树脂的成型简便、价格低廉等。在锥简材料力团，国内外都做过大量工作，普遍认为聚氯酪材料耐磨性较好(为不锈钢的5倍，是一般橡胶的10倍)因而其寿命较长(是铸铁的3倍，较陶瓷或陶瓷橡胶长2倍)。例如，在水力旋流器人口边缘处用聚氨配制造时，较一般由金属材料制造的人口寿命延长12倍。用非金后材料加工时，大多用注模法制造、为增加其刚性，往往在外部加上一个金属外壳。注模法制造水力旋流器的优点是只要材料选择恰当，加工工艺合理，则水力旋流器的精度就会很高而成本较低。因为在加工中注模及其芯轴可以加工成与水力旋流器内腔的几何形状相同，而芯轴的加工较内孔加工要容易得多，精度和粗糙度都容易保证，而且用注塑方式制造，水力旋流器内腔的加工精度与芯轴基本上一致。这种方法制造旋流器的困难表现在入口处的加工及芯轴的脱模技术。为了提高水力旋流器的耐磨性能，在制造中还可采用金属外壳内附减磨衬里的方法。最普通的衬里是橡胶衬里，一般橡胶衬里适用于温度不超过60一70，处理不合油或仑机溶剂类介质。如果工作温度超过60时，或介质中含碳氢类有机化古物时，可使用聚氯丁橡胶或脂橡胶。复合材料的出现，大大改变了水力旋流器的制造方法，也改善了其性能。目前国外加工水力旋流器时，多采用钢制外壳内加复合材料的衬里，不但使水力旋流器的耐磨性能大大提高，寿命延长，改善了使用性能，而且制造工艺简便，成本降低。国内有的单位仍然在大量使用高铬铸铁锥简的同时积极探索表面耐磨涂层，希望锥筒内表面一旦破坏锥筒应很快磨穿，以保证高效率的工作。可以说金屑外壳加复合材料衬里是水力旋流器加工制造的趋势。6.3 常用的制造方法 从族流器的结构，特别是液“液分离用的静态水力旋流器的结构可以看出，旋硫器单管的关控加工部位为旋流分离腔，即大锥段和底流口。把加速腔直管段、大锥段、底流口和尾部直管段作为一体加工成型，更显困难。因为液液水力旋流器单管制造情况代表了旋流器族的制造水平，所以下面从当前国内实际情况出发，介绍一下这一关键件部位加工常采用的方法。分段加工法：这是一种比较传统的加工方法。从旋流器的结构可以看出，旋流器的锥段锥度小，而长度较长，生产中常采用的锥度一般在1020之间，而长度约为4001000mm左右。按照传统的加工工艺无法一次加工成形，只能分段进行加工。各段加工完成之后，再逐段进行焊接。各段问同轴度采用止口保证。这样加工出的旋流器单管在止口处对接不好时，内部流道有接痕，对租糙度的要求有时会失去意义。在油水分离过程中组合使用这种族流器时，由于各根单管的加工情况不同，因此分离效果不理想，面且这种加工制造方法造价较高。玻璃钢缠绕法：采用这种方法加工旋流器单管时，须首先制作芯轴，然后在芯轴上，边缠绕玻璃钢边浇注环氧树脂，最后固化成型。旋流器内孔的租糙度及同抽度由芯轴决定。这种方法在加工圆柱腔、大锥段和底流口时一次成型。尾部宜管部分常采用止口法兰与锥体部分连接在一起。由于玻璃钢这种非金属材料耐磨性较差，因此这种方法制作的旋流器单体使用寿命较短。又围玻璃钢的强度有限，所以在使用上，必须在固化成形后的锥体外面结上加强钢套，以提高耐压程度。用这种方法加工成型的单管在理论上不影响旋流流场，但因缠绕与浇注环氧树脂过程中存在很多随机的不稳定因素，制作成型的单体的精度往往比较差，皮品率较高。然而玻璃钢缠绕法加工过程简单、成本低，因此在实验单体的制造中，不失为一种既经济又快捷的方法。 旋压法：这是一种比较理想的加工方法，它是靠金属的冷塑变形来达到加工目的的。旋压法也需要加工一个芯模，通过旋压轮围绕芯模旋压一定长度、壁厚的直管而实现内孔的加工成型。旋压道次(旋压轮经过被旋管的往复次数)的多少以及每一道次缩径量的大小，都要顶先在旋压机上做旋压实验通过旅压实验可以确定进给量的大小，为批量生产提供生产加工参数。它的优点在于能够一次加工出小锥体和直管段。如果给旋压机换上大的旋压轮，并对加工件实行迟火处理的话，能够使大锥体、小锥体和民部直管段一次加工成型，也就是说这种方法可以直接一次加工出整个旋体形状。旋体的内表面粗糙度由芯横控制。加工的材料一般是0Cr或1Cr的不锈钢或20号钢。因为这些钢的延展什比较好，宜于冷加工。铸塑法：这种方法是在铸塑机上加上的。铸塑机的什距要足够长，能够满足旋流管的加工长度。这种方法加工出的旋流管质量较高，仍模具费昂贵，同时要找800mm左右开距的铸塑机也不是一件容易的事。热压铸法：压铸材料常足聚氨能、尼龙等。它是采用在阳模和明模问倒入被压铸的材料后，加压冷却而成。这种方法加丁的旋流管内表面粗糙度由芯模控制。为了减少管的体积，可以不加钢套，这样就使得管壁厚加大，一般可取窒厚为20mm。为了满足硬度要求，要在被压铸的材料中加入适量的添加剂，以提高成品的62度。总之，旋流管的制造方法很多，各种方法也各有优缺点。应当根据实际需要的不同进行合理选择。6.4安装对液-液分离水力旋流器而言情况就不同，一般说，液液分离用水力旋流器的釉向尺寸较大，宜径又小，垂直安装常常很不方便。例如直径为40mm左右的掖掖分离用水力旋流器，其轴向长度为2m左右，加上出口管线等，长度都在2m以上。安装时再考虑外边管汇等，会使垂直安装十分困难，大大增加费用。更重要的是因为液液分离时两种介质的密度差较小，一般只为零点几，重力分离在液液分离水力旋流器中可以说基本不起作用。所以，从重力作用角度看，垂宜位置安装对分离性能并没有什么显著改善。对轻质相来说，分离后的轻质相将从溢流口排出。如果轴线垂直放置，轴线附近分离出的轻质相中心必须沿轴线向亡运动一段距离本能离开溢流口排出。而轴线水平放置，轻质相的中心沿水平方向移动，可能以更快速度向溢流口方向运动，增加了分离效率。从轻质相介质分离方面看，轴线水平放置更有利。基于以上这些原因，液液分离用水力旋流器，不论是单机还是组合式，基本上都是水平安装，很少有垂直安装的情况。7几何参数对水力旋流器性能的影响7.1进料口尺寸进料口的作用主要是将作直线运动的液流在柱段进口处转变为圆周运动。在一定的流量条件下，减小进El面积，使进口速度过大，造成进口区域的湍流程度加大,容易造成液滴破碎、乳化，使分离效率下降。因此，进口截面积不宜过小。另外，为了减小进口液流的能量损失，进口形状通常采用摆线形和渐开线型等。7.2旋流器直径旋流器直径越大，分离性能越低。对于油水分离用旋流器，由于油滴尺寸比较小，油水密度差比较小，因此属于难分离的料液，旋流器直径大约在2070mm之间较为合适7.3锥角其他尺寸不变时，旋流器的锥角越大，料液在旋流器内的停留时间越短，因此分离能力越低，同时旋流器内的流体阻力随着锥角的增大而变大。实践证明，对于用于油水分离的水力旋流器，其锥角为1.5较为理想，因而这种旋流器一般很长，对制造加工提出了更高的要求。7.4溢流管尺寸对于油水分流器来说，分散相液滴通过短路流进入溢流管对分离性能反而有利，因此溢流管不插入旋流器内而仅仅与旋流器顶盖相接即可。在一些经典设计中溢流口的直径为d=14D。D为旋流腔直径。7.5底流口尺寸底流口与溢流口一样都是对旋流器的性能影响比较大的结构尺寸。对于液液旋流器来说，底流口直接与尾管段相连接，尾管段的作用是保持旋流器内的内旋流能够保持一个稳定的形状、提高分离效率，通常尾管段的长度取为Lu=20D。而尾管段直径(等于底流管直径)一般取值为duD=025或duD=033，两者的分离效率几乎一样，只是后者可在更宽的流量范围内提供较好的分离效率。8操作参数对水力旋流器的影响8.1分离效率与进口流量之间的关系进口料液的流量直接决定了内流场的强度，将直接影响旋流器的性能。当流量较小时，旋流器内的流速也较小，离心力也比较小，不足以对两相混合物进行有效的分离：当流量增大时，不仅通过旋流器的压降增大，而且有可能使液液混合物中的分散相液滴破碎为较小尺寸的液滴、甚至出现乳化现象，使分离效率反而降低。8.2分流比F与分离效率之间的关系进口流量不变的情况下，当F增大时，会使离心力增大，有利于油水分离。但同时速度梯度也增大，使液滴所受的剪切应力也增大，可能会导致液滴的乳化，使分离效率降低。可见，分流比在一定范围内的加大会使分离效率提高。在实际应用中，分流比一般均较小。8.3分流比与压降比之问的关系在液-液分离旋流器中，分流比与压降比成线性关系：压降比随分流比的增加而增加。在进口流量保持不变时，随着分流比的增加，从进口到底流口的压降呈减小的趋势，而进口到溢流口的压降呈增大的趋势。进口流量的大小对水力旋流器分离性能的影响很大，当流量低于一定数值时，油水两相不能得到很好的分离，效率比较低。这是由于流量过低时，液体在水力旋流器内部没有形成旋转速度足够高的涡流，只有粒度较大的油滴能够从混合液中分离出来，而许多小油滴则未能与水分离。在流量逐渐加大时，水力旋流器的分离效率逐渐提高，水出口(即底流口)中的含油量也逐渐减少。当入口流量达到一定数值时，水力旋流器进入高效区。但当超过某一数值时，效率就有所波动，且稍有下降的趋势。据分析，这是由于当流量过高时，液体在水力旋流器内的旋转速度加快，使分散相油滴受到了过大的剪切应力的作用而发生破碎，使混合液的乳化程度加大，不利于分离，而使分离效率下降。另外，液体在水力旋流器内的运动除周向的旋转运动以外，还存在其它方向的附加搅动，流量过大会使搅动加剧，破坏水力旋流器内部流场的稳定性。因此说，对于一固定结构的水力旋流器而言，在处理某一种混合液体介质时，存在一最佳的处理量范围，可通过CFD分析和实验加以确定。在现场实际运行时，必须裸证旋流分离设备在该最佳处理量区内工作，以获得最佳分离效果。为了使其在正常工作时能获得稳定的工作状态，该最佳处理量区的范围越宽越好。通过进几年来的油田现场实践，一些研究者认为普通液-液分离用静态水力旋流器的最佳处理量范围通常在额定处理量的510之内。9.影响旋流器分离效率的因数液-液旋流器是根据离心分离方法实现两相分离的。对于脱油旋流器来说，非均相物系由水和油组成，水是连续相，油是分散相，两相之间的相对运动是强旋流作用的结果。影响旋流器外特性的因素有结构参数、物性参数和操作参数3类，在每一类参数中又有不同的变量，每一个变量几乎都能独立影响旋流器的分离性能。因此,在旋流器理论研究中，根据实验分析，考虑影响旋流器性能的主要因素，利用量纲分析建立无因次准数群，进而通过实验建立无因次准数群之间的定量关系，形成旋流器设计相似理论。9.1旋流器的准数旋流器的准数是旋流器相似设计的基础。根据 旋流器理论,其准数主要有欧拉数、雷诺数(和 斯托克斯数Stk。欧拉数Eu与旋流器的压降有关，Stk数与油滴终端沉降速度相联系，Stk Eu则反映使粒径为d 油滴沿径向迁移与消耗功率的关系，雷诺数则反映流态。在旋流器相似设计中，通常要求Stk50 Eu或 Stk75 Eu 为常数。9.2主要影响因素由旋流器的准数可以看出，这些准数与旋流器 的几何参数、操作参数和物性参数的影响有关。因 此，影响旋流器分离特性的因素有3类，而在每一类参数中又有不同的变量，每一个变量几乎都能独立影响旋流器的分离性能。液-液旋流分离器是基于离心沉降分离原理进行分离的，要求两相之间必须存在一定的密度差。90年代初，Amoco采油公司的G. A. B. YOUNG 等人开始了 一项优化水力旋流器尺寸的试验研究。 结果表明，水力旋流器至少有14个变量，可分为尺 寸变量（水力旋流器直径、进口直径、溢流口直径 等）;操作变量（进口流量、分流比等）进口液变量 (连续相和分散相粘度、密度，分散相浓度和粒径等)9.2.1 尺寸变量(a)圆柱段长度的影响: 圆柱段过长，壁面阻力对旋转动量造成较大的损失，使下游分离区不能 得到足够的旋转动量，从而影响分离效率。在满足结构要求的情况下，圆柱段长度越短越好，有利于分离效率提高。(b)尾段直径的影响: 液-液旋流器的尾管段较长，尾段直径大小对流体经过该段的时间影响较大，从而影响分散相向中心迁移。G. A. B. Young的研究表明，在不同的流量下，尾段直径为du/Dc =0.25和 du/Dc =0.33的分离效率几乎相同，但du/Dc=0.33 可在更宽的流量范围内提供较好的分离效率。(c)尾段长度的影响: 当流体在旋流器尾段 旋转时分离继续发生，适当增加尾段长度可以提高分离效率，尤其是对小粒径的分离能力。但尾段过 长，分离效率不会有明显增加，Thew的35 mm旋流器尾段长度由Lu/Dc=30减小到Lu/Dc=20，其分离效率不变。(d)溢流口直径的影响: 溢流嘴直径增大，能产生有效分离的最小流量也在增大。要把分离到中心的分散相排出溢流口，需要一定流速，那么对每一种孔径均有最小流量。增大溢流口直径，在达到同样的分离效率时就会排出大量的水，甚至需要重复处理。另外,大溢流嘴无阻塞,不过阻塞情况在多级 旋流器分离时，若第1级旋流器阻塞，第2级旋流器 会再次处理上级未分离的油滴。(e)进口尺寸的影响: G.A.B.Young认为进口尺寸为d/D=0.25的分离效率最好，进口尺寸略大于该值旋流器的分离效率可以不变，但需要较 大的进口流量，这样会造成较大的能量损
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号