基于AO-ELM算法的旋风分离器粒级效率建模研究

旋风分离器是气田生产过程中的重要设备,其主要作用是将采出气中含带的固体砂粒进行旋流分离,然而目前针对旋风分离器分离性能的研究主要停留在实验室阶段。为了较为准确地预测大尺寸旋风分离器粒级效率,首次使用天鹰优化器(Aquila Optimizer)优化极限学习机(Extreme Learning Machine)建立了AO-ELM旋风分离器粒级效率预测算法模型。通过与所建其他模型预测数值对比得出:AO-ELM算法模型相较与AO-BPNN、AO-ENN模型预测精度更高,预测数值更接近于实测值;相较于旋风分离器分离效率理论和半经验模型同样具有更精确的数值预测,对旋风分离器工业设计具有一定的指导意义。

旋风分离器粒级效率计算方法

在相似与模化理论指导下，将影响旋风分离性能的各个参数用无因次准数或量纲为１的数表示，形成一种新的旋风分离器粒级效率计算方法。此方法与现有粒级效率计算公式相比。

大浓度范围内PV型旋风分离器粒级效率的计算方法

探讨了旋风分离器入口含尘浓度对其分离性能及粒级效率的影响机理。对旋风分离器内部气固两相运动进行了相似分析,得到了包括入口含尘浓度在内的一系列影响分离性能的相似准数。通过相似试验及试验数据的多元回归分析,建立了各相似准数与粒级效率的关系,得出了能精确估计大浓度范围内PV型旋风分离器粒级效率的计算公式。

油-水旋流器粒级效率数值模拟

在对油-水旋流器的流场模拟基础上,采用RSM湍流模型和Mixture模型对其分离特性和粒级效率进行模拟。结果表明:在旋流器中,不同粒径的颗粒运动轨迹不同,离散相颗粒的分离效率随着粒径的增大而增大;不同粒径的流体质点在同一旋流器中的运动轨迹、速度、分离特性等方面都有较大的差别;旋流器的轴心处会形成油核,且油核的形状与油滴的大小直接相关,旋流器的主要分离过程在圆锥段完成。

基于PCA-PSO-SVR的PV型旋风分离器粒级效率建模

为了准确地表达PV型旋风分离器的粒级效率与结构参数、操作参数之间复杂的非线性关系,采用PCA-PSO-SVR混合算法对PV型旋风分离器的粒级效率进行建模。采用主元分析法(PCA)对实验数据集进行降维处理,通过粒子群优化算法(PSO)对支持向量回归(SVR)模型中的超参数进行优化。将优化后的回归模型和其它机器学习模型在预测准确性、泛化性、鲁棒性以及运行速度方面进行了对比,结果表明,利用PCA-PSO-SVR算法对PV型旋风分离器的粒级效率建模是一种准确而有效的方法。

油-水旋流器颗粒体积分数及粒级效率数值模拟

为了研究油-水旋流器颗粒体积分数分布规律,应用计算流体力学数值模拟软件CFD,将湍流雷诺应力模型和多相流混合模型相结合,分别对单一直径颗粒分散相和由不同直径颗粒组成的分散相中颗粒体积分数和粒级效率进行模拟计算,得到油相云图、颗粒体积分数和粒级效率曲线。对比分析结果表明:油-水分离主要在锥段进行,轴心油核的大小随颗粒直径的变化而不同;大颗粒受到径向力作用大,容易分离;小颗粒受到水相阻力作用大,易从底流口排出;颗粒直径越大,分离效率越高。该结构旋流器对直径大于30μm颗粒分离效率较高。

测定除油旋流器粒级效率的多元回归法

粒级效率是评价除油旋流器分离性能的重要指标,由于油滴对剪切非常敏感,不能采用固液分离所用的粒级效率测量方法。通过介绍固液分离中粒级效率测量方法,提出了采用具有不同中粒径油滴测量除油旋流器粒级效率的方法。根据粒级效率的定义,推导出除油水力旋流器总分离效率和入口油滴粒度分布的函数关系式,利用该式进行多元线性回归,可以求得除油旋流器的粒级效率曲线。通过对公称直径25mm无涡流探测管旋流器测试结果的具体分析,表明该方法的回归线性程度较好。

旋液分离器对泥浆的颗粒分离效率和脱水能力

旋液分离器在泥浆处理领域应用广泛,具有颗粒分级和脱水浓缩的功能,底流颗粒粒径大、浓度高,溢流反之,两者粒径的理论界限称为分离粒径(d_(C)),实际运转时溢流和底流的颗粒分流会非线性地偏离分离粒径,因此实际粒级效率和脱水率的测试和控制对泥浆处理至关重要。依托泥水盾构工程的泥浆处理系统,使用激光粒度分布测试旋流进浆、底流和溢流粒度组成,结合筛析推演计算全段及各粒级效率,并对比宏观测试计算分离效率,分析旋流正常运转时的泥、水和泥浆的分流关系并提出判别方法。结果表明,该测试计算和判定方法在量程范围内快速有效,颗粒分离偏离分离粒径明显;设备参数不变时,平均效率与脱水率间负相关,且不受颗粒性质和测试方法影响,底部扩口等设备调整可实现两者同时增大。

内循环流化床粒级分离效率的试验研究

本文在试验模型上对内循环流化床粒级分离效率进行了试验研究，根据大量的试验结果，利用因次分析的方法得到了内循环流化床粒级分离效率的准则方程，并给出了其试验关联式，为内循环流化床的实际应用与研究提供了依据。

固液旋流器分离效率影响因素分析

分离效率是评价水力旋流器性能的重要指标。结合实验介绍了总效率、粒级效率和纯效率之间的关系,并分析了进料流量、底流口尺寸、加装隔离罐、悬浮液浓度以及黏度等因素对分离性能的影响,分析的结果可为水力旋流器的设计、实验和生产提供指导。

旋风收尘器的收尘效率和生料粒度分布关系

旋风收尘器所分离的固相颗粒大小对分离效率的影响非常显著,通常情况下只对10μm以上的颗粒保持很高的分离效率,对直径小于6μm的细颗粒的分级效率相对较低。本文分析了不同公司的生料粒度分布情况,通过计算生料的粒级效率、中位粒径,并对C1旋风筒技改后的生产线收尘效率进行对比,分析旋风筒收尘器与生料粒度的关系。

钻井污水悬浮液的气浮处理研究

为了实现钻井污水的达标外排或回注,通过气浮法考察了停留时间和气泡直径对钻井污水化学需氧量(COD)和悬浮物(SS)的去除效果,并重点分析了粒级效率.结果表明,气浮停留时间30min的条件下,钻井污水COD去除率可稳定在90%左右,SS去除率可稳定在94%左右;气泡粒度分布与悬浮物颗粒粒度分布重合度越高,COD和SS去除率越高;气浮可有效去除直径20μm以上的悬浮物,且粒级效率曲线呈“鱼钩”状.

压力对旋风分离器内颗粒浓度分布影响的模拟

为了分析压力变化对旋风分离器内颗粒浓度分布的影响,利用Fluent 6.1软件,气相流场采用修正的雷诺应力模型,颗粒相运动采用颗粒随机轨道模型,对0.1～6.5 MPa压力下旋风分离器内气、固两相流流场进行了模拟。结果表明,在入口浓度一定的条件下,随着压力的升高(<3.0 MPa),器壁颗粒浓度逐渐呈螺旋状灰带分布,旋风分离器内旋流区域的颗粒浓度减小,旋风分离器分离能力增强。压力增加一方面使气体切向速度增加,颗粒所受离心力增加;另一方面,气体的湍流强度增大,颗粒的扩散作用增强。当压力超过3.0 MPa后,压力增加对气体切向速度影响不大,而颗粒扩散增加,旋风分离器内旋流区域颗粒浓度增加,对颗粒分离不利。旋风分离器的径向颗粒浓度分布可以用指数函数描述,其中颗粒的径向速度、颗粒的扩散系数和边壁的颗粒浓度是影响颗粒浓度分布的主要因素。旋风分离器粒级效率随压力的增加而增大,当压力超过3.0 MPa后,压力增加对粒级效率影响不大。

F型液-液旋流管分离特性实验研究

在所研制的液－液旋流分离专用实验装置上，采用168通道的库尔特粒径分析仪，通过液滴粒径检测并基于粒级效率的概念，较为系统地研究了国外F型旋流管的分离特性，得出其临界分离粒径约为60μm，这一结论同国外有关研究结果相吻合。此外，本文还研究了含油浓度、溢流比和流量等工况参数变化，对F型旋流管分离特性的影响。有关研究成果为建立新型低阻高效旋流管的结构优化模型提供了较好的参照比较依据。

除油水力旋流器尺寸试验研究

介绍了在室内模拟实验装置上进行的旋流器小锥管锥角、溢流口直径、底流口直径、底流直管段长度和入口当量直径尺寸筛选的实验情况。筛选结果表明 ,旋流器的溢流口直径和底流口直径对旋流器的分离效果产生较大影响 ,这对旋流器的设计具有指导意义。

分流型芯管开缝结构对导叶式旋风管分离性能的影响

通过改变分流型芯管开缝面积比和开缝位置研究了开缝结构对旋风管压降和不同粒径颗粒分离效率的影响。结果表明,侧壁开缝的分流型芯管能够有效地降低旋风管的压降并且提高不同粒径颗粒的分离效率;随着开缝面积比增大,旋风管压降降低,开缝面积比为3.0使5μm以上颗粒分离效率最高;分流型芯管下部开缝能够提高旋风管的操作弹性。

基于等效沉降速度粒径的旋风分离器性能表征研究

选取粉煤灰、硅微粉、滑石粉与重晶石粉4种物性不同的颗粒物,分别用激光粒度仪与离心沉降粒度仪对颗粒物进行测量并比较基于不同等效原理的粒度分布;用粉煤灰与硅微粉在直径为300 mm的标准PV型旋风分离器上进行性能实验,测得基于不同等效粒径的粒级效率;参考颗粒物大小、密度和形状等影响分离的物理性质提出等效沉降速度粒径的概念,并用其作为基准来表征粒级效率。结果表明:相同的操作条件下,颗粒的等效沉降速度粒径相同,则其分离效率相等。最后用滑石粉与重晶石粉进行实验,验证了以上结果,说明颗粒的等效沉降速度粒径可以准确表征颗粒的旋风分离能力,为旋风分离器的工程设计和应用提供了依据。

旋流分离器结构筛选方法初探

建成了一套室内实验装置,在此基础上,摸索出一种室内模拟制备油田含油污水的方法,并进行了旋流分离器结构筛选的正交实验方案设计和实验。实验结果表明,正交实验方法可以用于旋流分离器的结构筛选。

除油水力旋流器结构尺寸筛选试验研究

在室内模拟实验装置上 ,采用粒级效率进行了旋流器的小锥管锥角、溢流口直径、底流口直径、底流直管段长度和入口当量直径等尺寸筛选实验。筛选结果表明 ,旋流器的溢流口直径和底流口直径对旋流器的分离效果产生较大影响。

环流旋流器的结构与性能研究

以细沙和水的混合物作实验物系,分别对4种不同结构尺寸的旋流器进行了研究,测定了不同操作条件的压降和分离效率。实验结果表明,带分离柱的环流式旋流器压降最低,效率最高。由该旋流器的粒级效率曲线可以看出,直径小于5μm的颗粒,由于比较容易被大颗粒夹带分离,其分离效率比7.5μm左右颗粒高。