油水重力分离过程油滴浮升规律的实验研究

在测定油水重力分离器内分散相油滴的浓度、粒度及中位粒径分布的基础上,分析了各区域内油滴的浮升规律.结果表明,入口区域油水混合液的湍流程度较大,两相存在较充分的纵向掺混,在100mm高度以上区域,油相相对浓度均达到0.9以上;斜板和平板区域内油相浓度较高,小油滴聚结成大油滴,在50mm高度处,中位粒径由10μm升至30μm以上;平板区域油膜更新速度较慢,流动性较差,聚结效果不及斜板区域;重力沉降区域内流场相对平稳,油相相对浓度多集中于0.4～0.6之间,大油滴已基本浮升至顶部油层得到分离;隔油板前方区域存在涡旋流,部分区域油相相对浓度约升高了0.02,中位粒径增大了1μm左右,出现返混现象.

油水重力分离器的数值研究

采用FLUENT商用软件,对重力式油水分离器入口、斜板、平板以及重力沉降区域内流场和浓度场进行了数值分析,并考察了分离器结构参数、操作参数以及油品的物料性质对分离效果的影响。研究发现,分离器的分离效果良好,分离器的水力特性有待提高;分离器内板间距、板倾角和板长存在最优值;油品黏度越小、密度越小、粒径越大,分离效果越明显;混合物入口流量越大、混合物中油相体积分数越小,分离的过程越难实现。本工作为进一步开发高效紧凑的卧式油水重力分离设备提供了参考。

油水重力分离原理及聚结破乳机理初探

对油水重力分离的基本原理进行了阐述,并对油水乳状液聚结破乳机理进行了探讨。分析表明,从浅池原理和聚结原理入手,可对分离器的结构和聚结板的材料进行优化,以提高其流动特性以及分离性能;若有效地分离油水两相,必须施加外力场,使得坚固的界面膜削弱并破坏,促进其聚结破乳;应根据聚结破乳发生的条件对分离器的结构进行优化,以保证其具有优良的水力特性。

结构与操作参数对油水重力分离器性能的影响

在全面测定油水重力分离器内分散相油滴浓度的基础上,改变其结构参数和操作参数,对影响油水两相浓度分布的主要因素进行了对比试验。结果表明,在一定范围内,减小油水重力分离器的板长和板间距、增加板倾角、减小入口流量以及增加入口含油浓度均可使油水分离效果在一定程度上提高;在一定的范围内适当增加水相的沉降时间,可以改善油水混合物在重力沉降区域的层流状态;而在达到一定的沉降时间之后,样品中的含油量已趋于恒定,不能仅仅依赖于增大沉降时间来提高分离效果。

入口弯管结构对重力式油水分离器内流场的影响

采用Fluent软件紊流计算中的标准k-ε模型,对安装不同结构参数入口弯管的重力式油水分离器内部流场进行数值模拟,得到含有3个出口位置、4种入射角度和4种不同轴向位置入口弯管的分离器内部流动特性.分析比较研究结果可以得出:入口弯管出口距筒体顶端内壁面越小,筒体对入射流体的阻碍作用越佳,流体通过整流构件后产生的返混区域越小;弯管入射角度在30°、60°和120°时,整流构件后方均产生涡旋,流场紊乱程度大,入射角度为90°时没有涡旋产生,流体流动相对最为平稳;入口弯管越靠近封头,整流构件前涡旋区域越小,整流效果越佳,后部流场轴向流动比例越多,越有利于油水两相分离.

聚结构件结构对重力分离器油水分离性能的影响

为考察聚结构件结构对油水重力分离器分离性能的影响,在理论分析的基础上,采用错搭波纹板、开孔波纹板以及网状波纹板进行了室内实验研究,并从停留时间、油相浓度分布、分离效率、聚结结构前后油相浓度及中位粒径差等方面进行了全面对比。结果表明,网状波纹板结构对小液滴具有较好的聚并作用,能显著提高油水分离效果,缩短停留时间;开孔波纹板次之,而错搭波纹板效果最差。实验发现,良好的亲油疏水性、具有足够的油滴上浮通道以及与混合相具有较大的接触面积,是性能优良的聚结结构所应具备的三个条件。上述工作为进一步开发高效紧凑的油水重力分离设备提供了依据。

反射式入流构件对重力油水分离器流动均匀性的影响及结构优化

为探究反射式入流构件结构参数及安装方式对重力油水分离器流动均匀性的影响规律并确定优化结构参数,通过Fluent软件对油水分离器进行模拟研究。结果表明,流速平均均匀度N与入流构件射流距离d、入流角度θ和入流口垂直位置h均呈先增大后减小的规律,分别在d=0.075D、θ=90°、h=0.25D处N取得极大值,且下装方式的流场均匀性好于上装方式;随着入流雷诺数(Re_(i))的增大,分离器流场均匀性逐渐变差;下装反射式入流构件的流场均匀性优于下管箱式入流构件;单参数下入流构件的最优值与响应面分析法优化结果相差不大,优化结构参数分别为h=0.25D,d=0.07D,θ=90°。

重力油水分离器分离效果的实验研究

通过实验分析了影响重力油水分离器分离效果的因素,实验结果表明:入口流速越低,油滴粒径越大,油水分离效果越好;聚结构件对重力油水分离器分离效果具有明显影响,平行蛇形板构件和平行波纹板构件更有利于提高油水分离效率;本实验采用平行蛇形板构件或平行波纹板构件,在入口流速为0.5m/s、搅拌转速为200r/min的条件下,水出口含油量低于0.5%,油出口含油率接近50%,具有良好的油水分离效果。

稳流构件对重力式油水分离器内流场影响的数值研究

应用Fluent软件中可实现k-ε模型及多相流混合模型,对重力式油水分离器内部的三维流场进行数值模拟,得到含3种整流构件的分离器内部流场流动规律,比较了含不同构件分离器的流动与分离特性。模拟结果表明,该方法可以较好地模拟出油、水两相在分离器内部的流动情况。结果显示,田字板式整流构件对流型的整流作用较显著,有效抑制了分离空间内的返混流动。改进后的上部不开孔田字板式整流构件的流动特性和分离特性均优于改进前结构。模拟结果说明,通过数值模拟方法得到的数据可为稳流构件的优化提供参考。

重力沉降式油水分离技术的改进

针对餐饮污水中5种存在形式的油份,提出对应的分离方法,从而提高重力沉降式油水分离技术的效率,使之能够满足大流量条件下仍保持较高除油率的要求。经试验验证,在入水流量为10 L/s、污水含油量为315 mg/L的条件下,除油率达到99.96%,证明经改进后的重力沉降式油水分离技术是可行的。

模型重力式油水分离器内部结构数值模拟

针对油水分离器油水分离效果难度加大的现状,基于CFD软件对安装整流构件及聚结构件的分离器模型的流体流动进行了数值模拟,通过对比分离器的速度矢量和流场,分析不同内部构件对流动特性的影响。模拟分析结果表明,圆筒形整流构件达不到理想的整流效果,"田"字形整流构件安装在入口构件后0.5 D处可以起到较好的整流效果;综合对比各种聚结构件,平行板聚结构件可以产生最好的油水分离效果。

重力式分离器中油滴与水滴的运动特性分析

建立油滴和水滴在重力式分离器中的运动模型,研究和分析了重力式油水分离器的分离特性和流动规律,提出了提高分离效果的具体措施。

正交试验油水分离器整流构件参数优化

油水分离器分离性能随着油田来液含水率逐年升高而不断下降,为提升分离器油水分离效率,基于Fluent软件采用Realizable k-ε模型和Mixture多相流模型对重力油水分离器内部流场进行三维数值模拟,以整流效果较好的田字板型整流构件为研究对象,引入正交试验,以分离器油出口含水率为试验指标,进行构件开孔方式、构件长度以及构件安装位置三种因素对油水分离效率的影响分析。研究表明,对于田字板型整流构件,开孔方式对其分离效率影响最大,构件长度次之,构件安装位置影响最小,且当开孔方式为“上疏下密”型,板长2000 mm,安装在入口构件后800 mm时,分离器油出口含水率由26.90%降低至16.73%。该研究成果可为分离器整流构件设计提供技术参考。

分界面高度对重力式油水分离器分离效果的影响

重力式油水分离器内分界面高度决定了油水两相的体积占比,影响分离器内油水两相的上浮或沉降的高度,对分离效果具有直接影响。为探究分界面高度对重力式油水分离器分离效果的影响,采用Fluent软件对不同进口流速、不同水相出口流量占比下的分离效果进行了数值模拟研究。结果表明,分界面高度随水相出口流量占比增加而降低,入口含油率越低,分界面高度降低速度越快;随着分界面高度降低油相出口含油率逐渐增加,当分界面处于分离器轴线附近时分离效果最佳,不同入口流速下油相出口含油率可达97%~98%;随着分界面高度降低,分离器整流板后方的高速区域逐渐下移且速度梯度逐渐减小,提高了聚结构件内的速度均匀度,降低了径向速度对油相出口的影响,进而提高了分离效果。

CFD及响应面分析法优化设计重力式油水分离器入口构件

降低重力式油水分离器内轴向流速的相对不均匀度(Mf)能够有效提高聚结构件的聚结作用和油水分离效率。采用一种改进的圆孔分散式入口构件,距离其150 mm处安装平行板聚结构件,通过CFD数值模拟、Box-Benhnken设计和响应面分析法寻找入口构件的3个主要几何参数的最优化组合使聚结构件起始端处横截面上轴向流速的Mf达到最小,结果表明:3个参数即入口构件上圆孔面积与分离器横截面面积之比(P_1)、半球面封头与圆柱侧面上圆孔面积比(P_2)、侧面孔口到封头边缘的距离与分离器横截面直径(D)之比(P_3)对Mf的影响存在交互作用;最适宜组合为P_1=0.03,P_2=0.1和P_3=0.036,得到Mf的最小值接近0.58。