（油气储运工程专业论文）液液分离旋流器压力场及速度场实验研究.pdf

e x p e r i m e n t a ls t u d y o np r e s s u r ef i e l da n d v e l o c i t yf i e l do f l i q u i d l i q u i ds e p a r a t i o nh y d r o c y c l o n e s a b s t r a c 墨 b a s e do nt h ew o r k so fr e s e a r c h e r sd o m e s t i ca n do v e r s e a s ，am e t h o dt od e t e r m i n e t h ep r e s s u r ef i e l do fah y d r o c y c l o n ew a s p r e s e n t e d i nt h i sm e t h o d ，p r e s s u r ep r o b e s a r eu s e d i nt h ee x p e r i m e n t s ，t h ep r o f i l e so f p r e s s u r ew e r eg a i n e da n dt h ep a r a m e t e r s i n f l u e n c e ，s u c ha sf l o wr a t e ，t h es p l i tr a t i o ，e t c w e r ed i s c u s s e d t h er e s u l t si l l u s t r a t e t h a t ( a ) t h ep r e s s u r ed e c r e a s e sw i t ht h ed e c r e a s eo fr a d i u sa tt h es a m ea x i a ll o c a t i o n ； 强) i nt h i nc o n e ，t h er a d i a lp r e s s u r eg r a d i e n th a sas i m i l a rd i s t r i b u t i o n ，a n di t sg r e a t e r i nt h ea r e an e a rt h ea x i st h a ni no t h e rr e g i o n s ；( c ) t h er a d i a l p r e s s u r eg r a d i e n t i n c r e a s e sw i t ht h ei n l e tf l o wr a t e ；( d ) t h es p l i tr a t i om sal i t t l ei n f l u e n c eo nt h ea x i a l p r e s s u r eg r a d i e n t 。t h ev e l o c i t yp r o f i l e sh a v eb e e nm e a s u r e db yt h et w o d i m e n s i o n a l a p v t h ee f f e c t so f o p e r a t i n gp a r a m e t e r s ，s u c ha sf l o wr a t e ，s p l i tr a t i o ，e t c h a v eb e e n e x a m i n e da n dd i s c u s s e d t h ec o n c l u s i o na b o u tt a n g e n t i a lv d o c i t ya n da x i a lv e l o c i t y a r ed r a w o nt h eb a s i so fe x p e r i m e n t s ，t h ee m p i r i c a lf o r m u l a sf o r c a l c u l a t i n gt h e t a n g e n t i a lv e l o c i t y i nt h e b i g g e rc o n e s e c t i o na r e s u g g e s t e db y t h em e t h o do f r e g r e s s i o n k 蟹w o r d s ：h y d r o c y c l o n e ，p r e s s u r ef i e l d ，v e l o c i t yf i e l d ，e x p e r i m e n t a ls t u d y 独创性声明 本人声明所垦交的论文悬我个大在导孵指导下进行救磅究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发袭域撰写过的研究成果， 氇不包含尧获褥磊涵大学或葵缝教弯撬擒豹学位或证书嚣使震过 的材料。与我一同工作的同惑对本研究所做的任何贡献均己在论 文中作了明确的说明并表示了致谢。 签名 弓年亏月确 关于论文使用授权的说明 本入完全了解石漓大学鸯关傈鍪、缓粥学位论文豹规定，都 学校有权保留送嶷论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借 阕；学接可以论文蟾全部或鄢分内容，可以采用影印、臻印或其 他复制手段保存论文。 学生签名： 导师签名： 钞功附 磅白力 沙年岁矿f 髫 加哆年r 月之厂曰 “油人学( 华尔) 硕士论文 前言 1 1 引言 第1 章前言 液液分离旋流器是八十年代初出现的新型油田地面工程分离装 备，液液旋流器依靠液体在其内强旋所产生的离心力场来实现密度差 的液一液两相分离，离心力场强度大约有1 0 0 0 2 0 0 0 倍重力加速度， 两相分离时间大约2 s ，仅为常规液液分离设备所需时间的几十分之 一，具有分离性能好、处理量大、体积小重量轻、操作费用低、对安 装环境无特殊要求等优点。此外，液液旋流器无运动部件，工作可靠， 操作方便，维护和保养费用低。随着液液旋流器结构的不断改进，其 使用范围也不断扩大，除常用于含油污水处理外，还可用于油阡【采出 液预分离和原油脱水，以及在高含水采油井下初级预分离等。旋流管 的多管串联和并联模数化组合设计，进一步增强了液液旋流器适应生 产发展和不同环境对污水排放标准要求的应变能力，使液液旋流分离 装置的结构更加紧凑，重量更轻。与常规液液分离装置相比，模块化 旋流分离装置可节约安装面积约4 5 ，减轻重量9 0 以上。该项技术 已在世界各地油田，特别是海上油田获得广泛应用。 目自u ，我国主力油田大都进入开发中后期，采出液含水量不断增 加，有的含水量达到8 0 9 0 。为了稳定原油生产量，必须加大采液 量，从而造成采出液不断增加与原有生产系统处理能力有限的矛盾日 益突出。此外，随着社会的发展，环境保护法规的不断完善，在改造 和扩建或新建生产处理系统中，急需高效低能耗的新型油水分离装 置。实践证明，液液旋流器是最佳选择。 液液分离旋流器结构原理虽然简单，但其内部流动十分复杂，属 于复杂的三维旋转湍流流动。国g l 夕l - 有关专家学者一直致力于该项技 术的研究，至今尚未为广大工程设计和应用水力旋流器的设计人员提 供可靠成熟的理论依据。 在我国，液液旋流分离技术的研究和应用处于起步阶段，国内有 前青 许多研究单位禳生产厂客在开发秘生产渡滚旋浚器，已寿一些液滚鼹 流嚣投入现场应用。由予缺乏系统硪究都极理礤究懿指导，飘此在褒 场应用中液波旋滤器工作性魃不稳寇，时好魁坏。裁匿悫渡滚旋渡分 离技术整体水平丽言，与国夕 相比存在较大蓑距，基本处鼍二爨剑黔段， 与生产发展的需求极不相适应。因此，加速液液旋漉分离技术硪究， 推进该项技术在生产中成用，具有重要的现实意义和长远的战略意 义。 2 液液分离旋流器研究现状 1 2 1 出力旋洼嚣妁王 睾原理 叫n b # * - 图1 - 1液液旋流器结构示意图 水力旋流器分为静态和动态两种类型，本文针前者进行分析。静态 承力麓流器臣英国c o n o c o 公司的v o r t o l l 水力旋流器最具代表 惶。鲡图1 - 1 琚示，它由造旋段( 旋流往) 、两心缩径段( 大锥段) 、 ，油大学( 华东) 硕士论文 刚舌 细锥段和平行尾管段四部分组成。处理液沿切向进e l 进入旋流器，建 、o 岛速涡旋流产生很大的离一i l , ；0 l l 速度，受离心力作用，密度较大相 t 水桐) 向边壁运动，通过下游底流出口排出旋流器，而密度较小相 ( 油相) 向轴中心迁移，通过上游溢流出口排出旋流器，如图1 2 。 剀1 2 液液旋流器流动示意图 若流体以静压只、初速度v o 沿切向给入旋流器，为分析简便起 见不计压头损失，则在入口处与螺旋形流线上的另一点列出的伯努里 方程为： p 0 p 2 py 2 p 2 按照通常的研究方法，在柱坐标系内，水力旋流器内的流体速度 矿可分解为径向速度“，、切向速度“。和轴向速度“。： y 2 = “，2 + “口2 + “：2( 1 2 ) 沿切向进入的流体在不计损失的情况下，其旋转动量矩保持不 变，即： “目，= 常数( 1 3 ) 可见，随回转半径r 的减小，切向速度增大。而在进e i 处，“。= v o ， ，= r ( r 为旋流器筒体半径) 。这样，从上式可以得出v v o ，从而 p 0 的工况下，位于x 。 以上的轴线附近区域的流体将以一定的流速流向溢流口方向并从溢 流口排出丽形成溢流1 2 ”。根据这一规律，显然旋流器大锥段轴心附 近2 # 压力应该高于1