电场-旋流耦合强化多相介质分离研究进展

概述了国内外基于电场-旋流耦合场来强化非均多相分离的研究进展,并对相应强化分离方法进行分析与归纳。根据不同介质类别分别介绍了电场-旋流耦合强化液-液分离、气-固分离、气-液分离、固-液分离等多相介质分离技术、设备及工作原理,例如:动态/静态静电旋流脱水装置、静电旋风除尘器/摩擦旋风分离器、静电旋风除雾器及电动旋液分离器。总结了电场类型与分布、耦合场与液滴、颗粒作用、耦合场数值模拟方法等,为研究电场-旋流耦合强化分离多相介质提供依据。针对特殊多相介质(如黏度大、密度差小及弱/无电导率等)分离性能较差的问题,本文提出应综合考虑耦合设备的结构尺寸、操作参数及安装条件,在提高分离效率的基础上,应加强电场-旋流耦合装置运行安全性的研究以扩大耦合强化多相介质分离的适用范围。

光谱预处理-卷积神经网络模型预测油田污水含油量研究

含油量是油田污水的重要指标之一,快速分析油田污水含油量对油田污水达标回注处理具有重要意义。测量了油田含油污水水样的紫外透射光谱,基于含油污水紫外透射光谱,采用卷积神经网络(CNN)建立模型预测油田污水含油量,并比较了4种预处理方法对CNN模型预测能力的影响。结果表明:含油污水透射光谱经Savitzky-Golay平滑法预处理后建立的CNN模型优化效果最好,其rp和RMSEP分别为0.9649和1.8470。相比于利用原始光谱建立的CNN模型,SG-CNN模型的rp增加了0.0007,RMSEP降低了3.29%。而另外3种预处理方法对CNN模型的预测能力没有起到预期效果。因此,在使用CNN对油田污水含油量进行分析时,可使用SG预处理方法进行模型优化。本研究为油田污水含油量检测提供了一种快速检测的方法。

磁场强化多相介质分离技术进展

概述了国内外基于磁场来强化非均相介质分离的研究进展,对相关的强化方法进行了分析和对比。根据磁场作用的非均相介质类别介绍了不同领域磁场辅助多相介质分离技术、设备及工作原理,如磁选机、涡电流分选机、重介质磁力旋流器、磁盘分离器、磁场辅助分离气-固旋流器、磁流化床等。根据应用领域可简要概括为磁场辅助固体分离(具有不同导磁性的固体)、气-固分离、固-液分离、液-液分离等。总结了磁场分布、磁场与颗粒作用、磁场与流场耦合的模拟方法,为磁场强化多相介质分离提供依据。针对普通设备分离能力存在的瓶颈问题,文中提出应综合考虑磁场与设备操作参数等因素以最大限度提高分离效率,应加强磁场与流场耦合研究并将磁场强化分离领域扩大至非磁性流体。

基于扇形非均匀电场的水滴成链及碰撞实验

为研究高压方波脉冲电场内油包水乳液中水滴的成链及碰撞特性,基于水滴极化运动理论,并采用扇形非均匀电场进行显微实验。结果表明:水滴成链速度随电压单调递增,但电压过大会加剧链上水滴的聚结,而破坏水滴排列影响成链速度;成链速度随频率的增加先增大后减小,当频率为300 Hz时有极大值0.251 5μm/s。小水滴向大水滴运动并发生碰撞,而尺寸相近的水滴做相向运动;塑性碰撞发生后,小水滴液膜破裂并融入到大水滴中聚结为一个水滴,且增大电压和减小频率,聚结行为显著增强。频率对碰撞速度的影响最大,其次是体积差和电压。得到了电压、频率和体积差对水滴极化后运动的影响规律,为电破乳器的研制提供借鉴。

316Ti材质换热管在含硫介质中的腐蚀失效机理分析

对316Ti材质换热管服役环境、腐蚀形貌、腐蚀产物进行分析,讨论了换热管的腐蚀失效机理。经分析可知:管程介质导热盐与316Ti不锈钢反应生成致密的聚集态氧化产物Fe3O4,阻碍了导热盐对换热管的腐蚀;壳程混合气与316Ti不锈钢反应生成FeSO4、FeSO3、Fe3S4、CrS、NiCr2S4的混合物,其腐蚀机理为介质对316Ti不锈钢的硫化及氧化作用。

动态热条件下原油罐储维温过程主要影响因素分析

掌握原油罐储维温过程主要影响因素,对原油库实现节能降耗目的起重要作用。在建立动态热条件下含蜡原油罐储维温过程三维理论模型的基础上,提出了加热盘管空间结构、周向效应对罐内对流传热的影响,划分了内、外因素影响区以及过渡区域;采用多元非线性回归的方法,建立不同季节边界位置主控影响因素模型,定量表征了罐边界油温与内、外因素之间的作用机制。结果表明:罐内大涡结构受无加热盘管区域局部湍涡影响,导致大涡结构向无盘管区域发生偏移。罐底低温区域受盘管周向效应影响较大,罐顶边界油品受内外因素影响大,形成最大厚度1.79 m的外界环境影响区;罐壁受保温层影响,只形成了内部维温热流影响区;冬季罐底形成了0.13 m的外界土壤影响区。

井下旋流分离管柱的振动特性研究

为研究旋流分离管柱在注入泵和采出泵两螺杆泵抽吸条件下的振动特性,对其进行模态分析和瞬态动力响应分析。结果表明,不同工况下,旋流分离管柱的固有频率有所不同;固定注入泵一端和固定采出泵一端相比,固定采出泵一端各阶固有频率较小;螺杆泵转动引起的激振力和内部流量变化都会导致管柱变形,其中螺杆泵转动对旋流分离管柱变形影响较大;相对于固定采出泵,固定注入泵条件下旋流分离管柱产生的振动位移更大,是旋流分离管柱自身结构和注入泵转速产生更大激振力综合作用导致的结果;控制两个螺杆泵工作状态的时间差,理想情况下可以控制旋流分离管柱的总变形。

旋流器内气泡聚并与破碎行为

为了探究旋流器内气泡聚并与破碎行为的影响因素,采用高速摄像实验研究旋流器内的气液两相流。通过实验分析了气泡在旋流场中的聚并和破碎行为,考察不同工况条件对气泡聚并与破碎的影响,同时运用数值模拟进行验证。结果表明,入口速度提升会导致气泡的破碎频率增加,生成子气泡也越多,但同时加剧了气泡的聚并性能,促使气泡聚并成气核朝着溢流口方向运移,因此入口速度提升对气泡直径变化的影响呈正向作用。气体体积分数提升会导致旋流器内气泡直径和气核长度增大,降低了流场的旋流强度,使更多气泡聚并成气核从底流口流出,故气体体积分数对气泡直径变化的影响呈反向作用。

磁场强化非均相分离技术的工业应用进展

概述了磁场分离技术在分离多相混合介质中的研究和应用进展,对磁场分离技术的应用原理和分离优势进行了分析。根据混合相内的介质类别,分别针对固、液、气不同应用领域,介绍了磁场分离工艺在矿物精选、污水处理、气体除杂中的典型应用,并分析了相应运行工况下的磁场排布规律和介质分离特性。从组合工艺的研究视角出发,总结了磁场分离技术与气浮分离技术、膜分离技术、旋流分离技术的耦合应用现状,并分析了上述组合工艺的技术特点、运行成效。为拓宽磁场分离技术的适用范围,讨论了磁种在磁场分离工艺中的辅助应用,以强化该技术对无磁性介质的分离。

3003和3102铝合金电化学和盐雾腐蚀性能实验研究

以3003和3102两种空调用铝合金为研究对象,采用电化学手段和盐雾腐蚀法研究它们在NaCl溶液中的腐蚀性能,为3系空调用铝合金的选材和使用提供一定的实验参考。结果表明:两种铝合金在NaCl溶液中均出现明显的钝化特征,3003铝合金钝化电流小钝化稳定性高。随pH值增加两种铝合金钝化稳定性增加,随NaCl浓度增加钝化稳定性降低。盐雾腐蚀形态主要以点蚀为主,且腐蚀速率存在临界值,超过48h后腐蚀速率均降低。3003铝合金试样表面腐蚀坑小且均匀,其耐盐雾腐蚀性能优于3102铝合金,适合作为空调用材。

介质粘度对三相分离器性能影响的数值分析

基于计算流体动力学方法,运用雷诺应力模型(Reynold Stress Model,RSM)对一种新型脱油除砂三相一体化分离器内部流场特性和分离性能进行数值模拟分析,得出了介质粘度对三相分离器脱油除砂性能的影响规律。结果表明:介质粘度在1.6~2.8mPa·s范围内变化时,随着粘度的增大,分离效率呈逐渐降低趋势,最佳工况下三相分离器的除砂效率达到93%,除油效率可达95%,呈现出了较好的脱油除砂效果。

7005铝合金在模拟海水介质中的腐蚀行为研究

以7005铝合金作为研究对象,借助电化学测量和重量法研究7005和5052铝合金在模拟海水介质中的耐腐蚀性,分析介质浓度、温度及浸泡时间等对其腐蚀行为的影响规律,为7系铝合金耐蚀性的判断提供实验依据。结果表明:7005与5052均产生明显的钝化特征,钝化电流随NaCl浓度的升高而增大。随温度升高,两种铝合金的腐蚀速率均加快,但增幅不同。两种铝合金表面均以点蚀为主要特征,腐蚀72h后,7005表面发生较为严重的局部腐蚀,其腐蚀程度高于5052。

基于油滴粒度测量的螺旋分离器数值模拟与实验

受多因素影响,基于激光衍射法粒度测量实验获得的分散相粒度分布难以直接用于数值模拟计算。采用离散化方法,将粒度仪测得的分散相油滴粒度分布处理为多组颗粒典型粒径及其体积占比替代分布形式。通过开展螺旋分离器油水分离CFD模拟研究与实验数据对比可见,将实测粒径分布曲线分布离散化方法,可用于分离器结构参数、操作参数的模拟研究与分析。

固体颗粒密度对多相耦合油水旋流分离性能的影响

为进一步提高油田采出液油水分离效率,提出了一种多相耦合分离方法,向油水混合液中加入第3相介质固体颗粒,提高旋流器分离性能。采用离散相模型,在不同固体颗粒密度条件下,对旋流器内的固体颗粒分布等进行数值模拟分析。结果表明:加入固体颗粒可以提高旋流器的油水分离效率,最大可提高2.88%。

井下微型气液旋流分离器优化设计与性能分析

针对采油井筒内产出液含气对油田同井注采开发模式的不利影响,基于旋流分离原理提出一种井下微型气液旋流分离器结构。借助Plackett-Burman设计、最陡爬坡设计与响应曲面设计结合计算流体动力学方法,对井下微型气液旋流分离器结构参数进行显著分析及优化设计,构建了显著性结构参数与分离效率间的二次多项式数学关系。系统分析了入口进液量、分流比及气相体积分数对气液分离性能的影响规律。构建室内微型气液旋流分离性能测试系统,对数值模拟结果的准确性及优化结果的高效性进行了验证性试验。试验结果表明优化后的微型气液旋流分离器结构可使液相效率由优化前的84.10%提高到87.22%。获得了微型气液旋流分离器最佳溢流分流比为6%,最佳入口流量为13.77 L/h,最适用的气相体积分数为5.5%,最佳工况下气液平均分离效率为99.66%。为了指导分离器在不同含气量条件下的最佳运行参数调控,构建了气相体积分数及溢流分流比与分离效率间的数学关系模型,获得了不同气相体积分数条件下的最佳分流比。

水力旋流器内固相颗粒运动行为分析

为探究固相颗粒在水力旋流器中的运动行为,使用CFD-DEM(流体动力学耦合离散元素)计算方法,针对不同进液量及粒径对颗粒运动轨迹的影响规律进行系统分析。结果表明:颗粒在旋流器中的运动可以根据颗粒运动轨迹特征分为抛物线运动、加速运动以及循环运动3个阶段,颗粒不同运动阶段的起始位置以及颗粒在旋流器中的碰撞次数主要由进液量决定,当入口流速由0.626 m/s增加到1.879 m/s时,循环运动阶段起始位置由轴向坐标位置Z=-54.11 mm处上移到Z=6.67 mm处,碰撞次数由4次增加至83次,这使得颗粒在旋流器中停留时间更长分离难度增大;当颗粒发生碰撞时,颗粒接触反力与颗粒粒径相关,且随着颗粒粒径的增大,接触反力逐渐升高。颗粒粒径由1 mm增加到3 mm,接触反力均值由4.5×10^(-4) N增加到0.025 N。

轴流式两级一体化水力旋流器结构参数优选

为实现采油井筒井下等有限空间内开展油水高效分离处理,设计了一种新型轴流式两级一体化水力旋流器,对旋流器9种不同结构参数对分离性能的影响规律进行了系统研究,并对结果进行了试验验证。依据各结构参数对旋流器分离效率的影响,确定了最佳结构参数,获得最高分离效率为96.38%、溢流压降为89.42 kPa;重点对二级稳流锥角参数变化对质量效率影响并不稳定的原因进行探究,研究发现特定的二级稳流锥角为12°时,在二级稳流锥角外壁面处不产生循环流,且在总溢流口上方位置会产生回流现象,从而可最大程度提高分离效率;旋流器内的循环流和回流也会影响压降的变化,增大溢流压降更有利于油相分离。本文研究可为轴流式水力旋流器的结构设计及实际应用提供参考。

多级螺旋分离器结构优化设计与性能分析

为解决井下油水分离水力旋流器串接工艺较为复杂的问题,基于串联旋流分离原理提出一种新型多级螺旋分离器结构。利用响应曲面设计结合计算流体动力学方法,构建多级螺旋分离器参数与分离效率间的数学关系模型,得出最佳结构参数匹配方案,并针对最优结构模型系统地探究在一定范围内不同入口流量、油相体积分数及分流比对应的分离性能变化规律。开展室内分离性能实验,对数值模拟结果的准确性及优化结果的高效性进行验证。结果表明,优化后的结构可使分离效率由91.0%提高至96.2%。对比不同入口流量条件下的分离性能,得出最佳入口流量为2.5 m^(3)/h;在一定范围内,随着油相体积分数及溢流分流比的增加,分离效率均呈先增大后减小趋势,其中模拟效率最高可达99.72%,实验效率可达97.70%,进一步验证了模拟结果的可靠性及优化结果的高效性。

螺旋流油滴聚结器结构优化与性能分析

为解决油水混合液中微小油滴分离处理效果变差问题,研究设计了一种基于螺旋流强化油滴碰撞聚结原理的油滴聚结器,采用数值模拟方法,结合单因素分析与正交实验法,对聚结器进行了结构优化研究,并结合聚结实验,分析了主要聚结结构参数对聚结率(G)和压力损失(ΔP)等聚结性能的影响规律。实验结果表明,可显著影响聚结性能的结构参数按主次顺序依次为槽深、螺距、流道头数、夹角和圈数;通过速度场、油滴粒径、ΔP等对比,确定了聚结器最优结构参数,ΔP仅0.0133 MPa。实际在处理大部分为30μm微小油滴颗粒情况下,可实现G=9.35的最佳效果,模拟结果与实验结果吻合良好。

基于入口分散相重排序的旋流强化分离研究进展

随着工业化进程的飞速前进,适用于分离多相不互溶介质的旋流分离器已广泛应用于石化、环保等重点行业。为了提高旋流分离器在全粒径范围内分散相的分离效率,涌现出了多种旋流分离过程强化技术。其中,对入口分散相进行重排序的旋流强化技术因具有加工成本及运行费用低、易于实施、强化效果明显等优势,展现出了重要的应用价值及推广前景。本文聚焦于入口分散相重排序的旋流强化技术,对基于惯性力场和离心力场进行分散相重排序的旋流强化原理、排序器结构类型及应用于液-液、固-液、气-固两相的分散相重排序强化技术及研究成果进行了系统的分析和总结。在此基础上,从组织构建分散相重排序后的多股液流,选择促进多股液流间协同高效分离的旋流场入射方案,强化分散相移动过程中的聚并长大和/或惯性碰撞等角度出发,总结了分散相重排序的技术路线并进行研究展望,从而指导旋流器的旋流分离过程强化及优化设计,助力于旋流分离效率的深度提升。