操作参数对柱形旋流器油水分离性能的影响.pdf

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1、石油机械CHINAPETROLEUMMACHINERY2011年第39卷第7期试验研究操作参数对柱形旋流器油水分离性能的影响史仕荧邓晓辉吴应湘马乃庆(1．中国科学院力学研究所2．中海油深圳分公司)摘要为了判断柱形旋流器的结构设计是否满足实际生产需要，从操作参数的角度研究了油水混合物流速和分流比对柱形旋流器油水分离性能的影响。基于柱形旋流器内部的流动特征，分析了油滴分离的临界条件，得到了油滴从溢流口流出的临界粒径计算公式。分析结果认为，随主管路中油水混合物流速的增加，从溢流口流出的累积油相体积先增大后减小；在

2、溢流口流量一定的前提下，溢流口含油体积分数先增大后减小，理论分析与试验得到的结果一致。关键词柱形旋流器油水分离混合物流速分流比操作参数数为：P。=836．0kg／m、。=0．031kg／(m·s)、0引言P=998．0kg／m、=0．001kg／(m·s)。试验工艺流程见图1。油、水分别在油泵和水柱形旋流器是一种新型的油水分离设备，目前泵的增压作用下，流经流量计量装置，通过Y形对其研究还处于初级阶段。研究柱形旋流器油水分管混合后进入柱形旋流器入口，在柱形旋流器中进离性能的文献较少。ListewnikJ¨研究

3、了4个入口行分离，之后对流经上部溢流口的流体进行取样并结构的柱形旋流器油水分离效率；SeydaB对小测定含油体积分数，流经底流口的流体则流回油水直径柱形旋流器中的油水分离进行了数值模拟；混合罐进行重力沉降分离，分离后的油、水各自流Oropeza—VazquezC对不同入口流型和油滴粒径回油箱、水箱。分布进行了相关试验；文献[4]研究了不同油水表观流速对柱形旋流器油水分离的影响。调研发现，目前关于不同油水混合物的流速、分流比对柱形旋流器油水分离性能影响的文献有限。对于油田：一在某一段时间来说，采出液含油体积分

4、数和流量较稳定，如何判断柱形旋流器的结构设计是否满足实日流量计晶电磁阀口蝶阀0压力表Q泵际生产需要，即给出一定结构的柱形旋流器最佳操图l试验工艺流程示意图作区间，成为结构设计者首先要考虑的问题。为1．2柱形旋流器结构设计此，笔者将从操作参数的角度，研究油水混合物流柱形旋流器结构简图如图2所示。人口水平圆速和分流比对柱形旋流器油水分离性能的影响，以管与竖直柱形管通过一段喷嘴状的渐变管切向相期为柱形旋流器的结构设计提供参考。接，并使渐变管段2端的面积之比为10：1，使流体进入柱体的切向速度变为渐变管段前速度的l

5、01试验研究倍，随后油水混合物在柱体中形成旋流场，油、水1．1试验流程因密度的不同在径向上沉降分离，油滴运动到轴心试验中分离介质为LP—l4白油和水。物性参形成油核从溢流口流出，水运动到器壁并从底流口基金项目：国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”子课题“海相礁灰岩稠油油藏(特)高含水期精细开发技术研究”(2008ZX05024一O04—010)。2011年第39卷第7期史仕荧等：操作参数对柱形旋流器油水分离性能的影响排出。相对较小；当分流比逐渐增大时，大部分油核从溢1．3试验步骤流口流，故含油体积分数

6、增大；当分流比进～一步(1)向水箱和油箱内加注清水和油。增加时，南于单位时间内进入旋流器巾的油有限，(2)打开油泵和水泵，调节流量，改变人口增多的那部分流量最终由水来补充，故含油体积分油水的表观流速，从而改变柱形旋流器人口的含油数又减小。体积分数，并记录油、水流量。2．2入口流速对溢流口含油体积分数的影响(3)溢流口流量通过溢流口处的阀门来控制，入口含油体积分数为3％，分流比为0．24时，待旋流器内部形成稳定的油核后，在溢流口处计时溢流口含油体积分数随人口混合流速的变化曲线如采样，记录采样中油、水的体积分数

7、及采样时间。图4所示。从图中可以看出，随着人口流速的增(4)根据记录的数据换算出柱形旋流器的入加，溢流口含油体积分数先增大后减小，当混合流口含油体积分数、分流比及溢流口含油体积分数。速在0．55m／s时，溢流口含油体积分数达到最大值，为14％，当流速较小或较大时，溢流口含油体积分数均低于此值。说明柱形旋流器存在最佳人口流速底漉I图4溢流口含油体积分数随入口混合流速的变化曲线图2柱形旋流器结构简图上述规律可以用油滴在旋流器中的运动来说明，油水在旋流器巾的流动从二维平面来看，属于2试验结果分析组合螺旋涡(自由涡

8、和强制涡)运动。油水的分离过程主要在自由涡区域完成，即假设油滴运动到2．1分流比对溢流口含油体积分数的影响强制涡区域就可以从溢流口流出。在上述前提下，在入口油水混合流速为0．91m／s、含油体积建立油滴在柱形旋流器中的分离模型，并做如下假分数为3％时，柱形旋流器溢流口含油体积分数随设：①柱形旋流器中的强制涡区域是以溢流口圆截分流比的变化规律如图3所示。从图可以看出，溢面为底面、向柱体内部延伸的柱体；②油滴在切向流