旋液式油水分离器的设计
WS-II罐中罐设备技术介绍资料
WS-II型水力旋液分离、浮油自动收集排油组合装置（罐中罐）技术说明1、概述WS-II型水力旋液分离浮油自动收集排油组合装置是在总体设计所确定的每小时处理含油污水的流量、储罐大小，被处理污水性质，以及后续污水处理工艺流程设备要求的基础上，参照法国得利满公司用于炼油污水除油罐结构的设计先进工艺方法，采用英国的水力旋流分离技术，结合石化石油行业含油污水处理的实际情况及技术要求而开发成功的。
2、水力旋液沉淀、除油、调节组合分离储罐（罐中罐）结构工艺流程简述：WS—II型水力旋液沉淀、除油、调节组合分离储罐（罐中罐）是在总体设计提供的标准化200~10000m3储罐的基础上，加入沉淀腔室（即内罐），水力旋液分离器,自动撇油器，中心进水，周边出水布水堰槽，层流穿孔排水管，倾斜排泥管系等组合而成。
来自炼油，化工，原油运输，船舶排水的各种含油污水，汇集到污水处理站后，由污水泵直接输入污水储罐的内罐。
污水首先通过变径的污水输送管进入一个安装在储罐内罐中的组合式多管束水力旋液分离装置内。
在水力旋液分离组合装置内产生高速旋转，利用油和水的不同密度差产生不同的离心力场，而利用离心力的作用对含油废水进行预处理、液体在旋流器组合装置中可产生二次上升液流，因此，该组合装置不但可对二相互不相溶的油水进行分离以外，还可对液体中的固相产生更大的沉降效果。
因此该设备装置可对含油污水进行油、水和泥的三相分离。
因水力旋液分离是利用了离心力的作用，故其分离效果是静置分离和斜板分离的几十倍，在静置除油调节罐内加入该组合装置在三相分离，除油排泥的同时，可以大大提高污水罐的均质调节效果和功能。
经过水力旋液分离后的轻相油上浮到分离腔室的顶部，由设置在分离腔室（即内罐）内的一台与水力旋液分离组合装置组合为一体的自动撇油装置将油排至外部污油收集罐。
水力旋液分离组合装置下部排出水及固相物，在内罐的沉淀分离区内，利用液体的层流态和折流布水，使下部排出水中的固相物得到更好的沉降效率而分离。
油水分离水力旋流器优化设计与仿真
２０２０年第２０卷第６期环境保护与治理㊀㊀㊀㊀油水分离水力旋流器优化设计与仿真屈丹龙１ꎬ李㊀毅２(１.中国石化油田事业部ꎬ北京㊀１００７２８２.山东省油田采出水处理及环境污染治理重点实验室ꎬ中国石化石油工程设计有限公司ꎬ山东东营㊀２５７０２６)㊀㊀摘㊀要:针对埕岛油田某海上平台采用水力旋流器油水分离效果较差的问题ꎬ设计优化了旋流管结构ꎬ大锥角由原来的２５ʎ调整为１５ʎꎻ入口形式由单切向入口调整为阿基米德螺旋线双入口ꎬ通过ＦＬＵＥＮＴ软件进行了仿真模拟ꎬ分析了优化过程中旋流管内部流场的速度㊁压力㊁轨迹线等变化情况ꎬ为旋流管入口结构设计及锥角的选取提供了依据ꎮ关键词:海上采油平台ꎻ水力旋流器ꎻ阿基米德螺旋线ꎻ油水分离ꎻ仿真模拟ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７２￣７９３２.２０２０.０６.００７０㊀前言水力旋流器是一种高效的油水分离设备ꎬ在油田采出水处理领域尤其在海上采油平台得到了广泛应用ꎬ埕岛油田某海上平台采用水力旋流器对三相分离器分出采出水进行油水分离ꎬ除油率在４０％~５０％之间ꎮ为了提高水力旋流器除油率ꎬ本文进行了旋流管优化设计与仿真研究ꎮ影响旋流管油水分离效率的因素主要分为外部工况因素和内部旋流管结构因素ꎬ其中外部工况因素主要有油滴粒径㊁温度㊁油水密度差㊁黏度等[１￣３]ꎬ内部结构因素主要为旋流管内部结构尺寸㊁锥角㊁入口形式等[４￣６]ꎮ埕岛油田某海上平台水力旋流器内旋流管为４段式结构ꎬ根据功能不同分别为旋流腔㊁大锥段㊁小锥段和平尾段(见图１)ꎮ油水混合液在压力作用下自进水口高速切向进入旋流腔ꎬ在旋流腔内形成高速旋转的流体ꎬ入口形式是影响旋流管的流场分布及压力损失的重要因素[７]ꎮ锥角是影响旋流管内流场分布㊁动量矩及分离效率的重要因素[８ꎬ９]ꎮ图１㊀旋流管结构示意㊀㊀本文在对入口形式初步优化的基础上ꎬ继续对锥角和入口形式进行优化ꎬ并通过ＦＬＵＥＮＴ软件对该平台的旋流管内部结构进行了优化设计与仿真ꎮ１㊀基础资料１.１㊀水质资料埕岛油田某海上平台三相分离器分出采出水温度:５５ħꎬ油品密度:０ ９１９ｇ/ｃｍ３ꎬ水中含油量:２００~４００ｍｇ/Ｌꎬ悬浮固体含量:３５ｍｇ/Ｌꎮ１.２㊀旋流管尺寸初始旋流管各部分内径㊁长度尺寸见表１ꎬ另外ꎬ大锥角２５ʎꎬ小锥角２ʎꎮ２㊀ＣＦＤ模型建立２.１㊀边界条件(表２)表１㊀初始旋流管结构尺寸ｍｍ表２㊀边界条件参数２.２㊀多相流模型选择 Ｅｕｌｅｒ￣Ｍｉｘｔｕｒｅ 模型计算ꎮ３㊀仿真结果与分析３.１㊀初始旋流管仿真与分析首先对初始旋流管进行建模及流态模拟计算ꎮ根据旋流管内径检测结果建立旋流管三维模型ꎬ对模型进行了网格划分ꎬ网格数量为５０万ꎮ３.１.１㊀旋流管内流场速度矢量速度矢量指标可以用来指示流场内流体的流动方向以及速度大小ꎬ能够直观地判断流态的变化情况ꎬ由图２可以看出ꎬ在大锥段中部截面处ꎬ局部速度矢量方向明显出现不规则偏流ꎬ表明局部流态已发生变化ꎮ这可能是由于在缩颈过程中ꎬ轴向方向上局部产生了不均匀的回压ꎬ造成局部流态的紊乱ꎮ３.１.２㊀旋流管内流场静压力分布进水口横截面静压分布情况见图３ꎬ静压涡核中心与速度矢量中心同样偏向于管体几何中心的右侧ꎬ分析可能是由流场中局部压力不均匀所导致ꎮ３.１.３㊀旋流管内流体轨迹线追踪流体轨迹线指标能够直观地显示出旋流管内流体质子的运动轨迹情况ꎮ如图４所示ꎬ整个截面流场呈现出明显的旋流状态ꎬ但旋涡中心点偏离了旋流管的几何中心ꎮ图２㊀初始尺寸旋流管大锥段截面速度矢量图３㊀初始尺寸旋流管进水口截面静压力分布图４㊀初始尺寸旋流管进水口截面流体轨迹分布３.２㊀大锥角优化仿真结果及分析设计模型将旋流管旋流腔和大锥段长度延长ꎬ锥角缩小至１５ʎꎬ并通过模拟分析考察调整尺寸后旋流管的运行工况ꎮ２０２０年第２０卷第６期环境保护与治理㊀㊀㊀㊀３.２.１㊀旋流管内流场速度矢量由图５可以看出ꎬ调整锥角后ꎬ局部流态紊乱的现象得到明显改善ꎬ在大锥段中部截面处ꎬ流场仍处于明显的旋流状态ꎬ并没有发生明显的偏流现象ꎮ图５㊀调整锥角后旋流管大锥段截面速度矢量３.２.２㊀旋流管内流场静压力分布由图６可以看出ꎬ旋流管内压力分布基本均匀ꎬ静压涡核中心与旋流管体几何中心基本保持一致ꎮ图６㊀调整锥角后旋流管进水口截面静压力分布３.２.３㊀旋流管内流场轨迹线追踪由图７可以看出ꎬ调整锥角后ꎬ整个截面流场呈现出明显的旋流状态ꎬ而且旋涡中心点与旋流管的几何中心轴线基本保持一致ꎮ３.３㊀入口结构优化仿真结果与分析在旋流管外径相同的情况下ꎬ阿基米德螺线形入口导流能力强ꎬ可使混合液获得更长的流道ꎬ在旋流腔内形成稳定㊁有序的旋流流场ꎬ降低液滴剪切破碎的可能性[４]ꎮ前期将旋流管设计为阿基米德螺线形双入口获得了良好的模拟效果[１０]ꎬ本次同样设计为阿基米德螺线形双入口ꎬ考察入口形式和锥角的叠加效果ꎮ图７㊀调整锥角后旋流管进水口截面流体轨迹分布３.３.１㊀入口结构优化速度矢量分布由图８可以看出ꎬ经大锥角和入口结构优化后ꎬ旋流管内呈明显的旋流速度分布ꎬ流态较理想ꎮ图８㊀旋流器中间截面的速度分布矢量３.３.２㊀入口结构优化压力分布由旋流管顶部横截面压力云(图９)可看出ꎬ旋流管内压力自外壁向中心轴线呈逐渐降低的环状梯度分布ꎬ旋流管内压力随着流场流线递减ꎬ压力分布合理ꎮ３.３.３㊀入口结构优化油相浓度分布旋流管横截面油相浓度分布如图１０显示ꎬ油相浓度分布与压力梯度分布具有一定的相关性ꎬ旋流管内油相浓度自中心向外壁逐渐降低ꎬ靠近管壁处油相浓度较低ꎬ靠近中心轴线油相浓度最高ꎮ屈丹龙ꎬ等.油水分离水力旋流器优化设计与仿真图９㊀中间截面的压力分布云图图１０㊀旋流管内油相浓度分布㊀㊀在获得了油相浓度分布差异后ꎬ通过设置在旋流管顶部中心的出油管排出浓度较高的油相混合液ꎬ从而得到良好的油水分离效果ꎮ４㊀结论ａ)埕岛油田某海上平台水力旋流器旋流管内压力分布不均㊁流场紊乱㊁离心力不强ꎬ造成水力旋流器除油效果不理想ꎮｂ)旋流管优化设计后将大锥角由原来的２５ʎ调整为１５ʎꎬ入口形式由单切向入口调整为阿基米德螺旋线双入口ꎬ旋流管内部流场㊁速度㊁压力更为合理ꎬ离心力强㊁稳定性好㊁涡流区域少ꎬ油水分离效果得到提升ꎮ５㊀参考文献[１]㊀ＷｏｌｂｅｒｔＤꎬＭａＢＦꎬＡｕｒｅｌｌｅＹꎬｅｔａｌ.Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｅｓｔｉｍａ￣ｔｉｏｎｏｆｌｉｑｕｉｄ￣ｌｉｑｕｉｄｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅｓｕｓｉｎｇｔｒａｊｅｃｔｏｒｙａｎａｌ￣ｙｓｉｓ[Ｊ].ＡｉｃｈｅＪｏｕｒｎａｌꎬ１９９５ꎬ４１(４１):１３９５￣１４０２.[２]㊀夏福军ꎬ邓述波ꎬ张宝良.水力旋流器处理聚合物驱含油污水的研究[Ｊ].工业水处理ꎬ２００２ꎬ２２(２):１４￣１６.田地面工程ꎬ２０１２ꎬ３１(１１):４９.[４]㊀王振波ꎬ陈磊ꎬ金有海.不同流量条件下导叶式液一液水力旋流器流场测试[Ｊ].流体机械ꎬ２００８ꎬ３６(９):１１￣１５.[５]㊀丁旭明ꎬ王振波ꎬ金有海.两种入口结构旋流器性能对比试验研究[Ｊ].化工机械ꎬ２００５ꎬ３３(２):６９￣７１.[６]㊀李枫ꎬ刘彩玉ꎬ蒋明虎ꎬ等.水力旋流器中阿基米德螺线入口的设计[Ｊ].化工机械ꎬ２００４ꎬ３３(３):１３９￣１４１.[７]㊀蒋明虎ꎬ赵立新ꎬ李枫ꎬ等.液￣液水力旋流器的入口形式及其研究[Ｊ].石油矿厂机械ꎬ１９９８ꎬ２７(２):３￣５.[８]㊀蒋明虎ꎬ刘道友ꎬ赵立新ꎬ等.锥角对水力旋流器压力场和速度场的影响[Ｊ].化工机械ꎬ２０１１ꎬ３８(５):５７２￣５７６.[９]㊀赵立新ꎬ王尊策ꎬ李枫ꎬ等.液液水力旋流器流场特性与分离特性研究(一) 锥角变化对切向速度场的影响[Ｊ].化工装备技术ꎬ１９９９ꎬ２０(４)７￣１０.[１０]龚俊ꎬ叶俊红ꎬ姚明修.基于ＦＬＵＥＮＴ的水力旋流器入口结构参数优化设计流场仿真[Ｊ].山东化工ꎬ２０１９ꎬ４８(６):１８２￣１８４.ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＯｉｌ￣ｗａｔｅｒＳｅｐａｒａｔｉｏｎＨｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅＱｕＤａｎｌｏｎｇ１ꎬＬｉＹｉ２(１.ＳＩＮＯＰＥＣＯｉｌｆｉｅｌｄＤｅｐａｒｔｍｅｎｔꎬＢｅｉｊｉｎｇꎬ１００７２８ꎻ２.ＳｈａｎｄｏｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｉｌｆｉｅｌｄＰｒｏｄｕｃｅｄＷａ￣ｔｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌꎬＳＩＮＯＰＥＣＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎＣｏｒｐｏｒａ￣ｔｉｏｎꎬＳｈａｎｄｏｎｇꎬＤｏｎｇｙｉｎｇꎬ２５７０２６)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｏｏｒｅｆｆｅｃｔｏｆｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅｏｎｏｉｌ￣ｗａｔｅｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎｉｎａｎｏｆｆｓｈｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｏｆＣｈｅｎｇｄａｏＯｉｌｆｉｅｌｄꎬｔｈｅｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｌａｒｇｅｃｏｎｅａｎｇｌｅｆｒｏｍ２５ʎｔｏ１５ʎ.ＴｈｅｉｎｌｅｔｆｏｒｍｗａｓａｌｓｏａｄｊｕｓｔｅｄｆｒｏｍａｓｉｎｇｌｅｔａｎｇｅｎｔｉａｌｉｎｌｅｔｔｏａｎＡｒｃｈｉｍｅｄｅｓｓｐｉｒａｌｄｏｕｂｌｅｉｎｌｅｔ.ＴｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＦＬＵＥＮＴｓｏｆｔｗａｒｅꎬｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｖｅｌｏｃｉｔｙꎬｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｉｎｔｈｅｉｎ￣ｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａ￣ｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄꎬｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｉｎｌｅｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅａｎｄｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｃｏｎｅａｎｇｌｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｏｆｆｓｈｏｒｅｏｉｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍꎻｈｙｄｒｏ￣ｃｙｃｌｏｎｅꎻＡｒｃｈｉｍｅｄｅｓｈｅｌｉｘꎻｏｉｌ￣ｗａｔｅｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎꎻｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ。
旋流式液气分离器的设计
毕业论文(设计)题目名称：旋流式液气分离器的设计题目类型：毕业设计学生姓名：狄磊院(系)：机械工程学院专业班级：装备10901班指导教师：张琴辅导教师：时间：至目录毕业论文（设计）任务书 (Ⅰ)开题报告 (Ⅱ)指导教师审查意见 (Ⅲ)评阅教师评语 (Ⅳ)答辩会议记录 (Ⅴ)中文摘要 (Ⅵ)外文摘要 (Ⅶ)1 绪论 (7)选择旋流式液气分离器的意义 (7)国内外现状和进展趋势 (7)国外现状和进展趋势 (7)国内现状和进展趋势 (9)2 方案论证 (9)旋流式液气分离方案的可行性 (9)旋流式分离器的结构及工作原理 (10)3 分离器的整体设计 (11)旋流器的直径和长度的计算 (11)分离器结构设计 (13)分离器整体结构设计 (13)脱气结构 (15)钻井液入口的尺寸 (15)旋流器的结构设计 (15)外筒体的设计 (17)接口管设计 (18)外部结构 (21)4、要紧零部件的设计及校核计算 (22)筒体和封头的壁厚计算 (22)外容器筒体、封头壁厚计算 (22)旋流器筒体封头壁厚计算 (24)人孔 (25)人孔选择 (25)人孔补强 (26)支座 (26)分离器的总质量 (26)支座的选用及安装要求 (28)5 分离器的安装 (28)焊接 (28)安装顺序 (29)6 壳体的有限元分析 (32)7 总结 (35)参考文献 (37)致谢 (39)附录一 (40)附录二 (43)旋流式液气分离器的设计学生：狄磊，长江大学机械工程学院指导教师：张琴，长江大学机械工程学院【摘要】旋流分离器，是一种利用离心沉降原理将非均相混合物中具有不同密度的相分离的机械分离设备。
在具有密度差的混合物以必然的方式及速度从入口进入旋流分离器后，在离心力场的作用下，密度大的相被甩向周围，并顺着壁面向下运动，作为底流排出；密度小的相向中间迁移，并向上运动，最后作为溢流排出。
如此就达到了分离的目的。
旋流分离技术可用于液液分离、气液分离、固液分离、气固分离等。
WS-II罐中罐设备技术介绍资料
WS-II型水力旋液分离、浮油自动收集排油组合装置（罐中罐）技术说明1、概述WS-II型水力旋液分离浮油自动收集排油组合装置是在总体设计所确定的每小时处理含油污水的流量、储罐大小，被处理污水性质，以及后续污水处理工艺流程设备要求的基础上，参照法国得利满公司用于炼油污水除油罐结构的设计先进工艺方法，采用英国的水力旋流分离技术，结合石化石油行业含油污水处理的实际情况及技术要求而开发成功的。
2、水力旋液沉淀、除油、调节组合分离储罐（罐中罐）结构工艺流程简述： WS－Ⅱ型水力旋液沉淀、除油、调节组合分离储罐（罐中罐）是在总体设计提供的标准化200~10000m3储罐的基础上，加入沉淀腔室(即内罐)，水力旋液分离器,自动撇油器，中心进水，周边出水布水堰槽，层流穿孔排水管，倾斜排泥管系等组合而成。
来自炼油，化工，原油运输，船舶排水的各种含油污水，汇集到污水处理站后，由污水泵直接输入污水储罐的内罐。
污水首先通过变径的污水输送管进入一个安装在储罐内罐中的组合式多管束水力旋液分离装置内。
在水力旋液分离组合装置内产生高速旋转，利用油和水的不同密度差产生不同的离心力场，而利用离心力的作用对含油废水进行预处理、液体在旋流器组合装置中可产生二次上升液流，因此，该组合装置不但可对二相互不相溶的油水进行分离以外，还可对液体中的固相产生更大的沉降效果。
因此该设备装置可对含油污水进行油、水和泥的三相分离。
因水力旋液分离是利用了离心力的作用，故其分离效果是静置分离和斜板分离的几十倍，在静置除油调节罐内加入该组合装置在三相分离，除油排泥的同时，可以大大提高污水罐的均质调节效果和功能。
经过水力旋液分离后的轻相油上浮到分离腔室的顶部，由设置在分离腔室（即内罐）内的一台与水力旋液分离组合装置组合为一体的自动撇油装置将油排至外部污油收集罐。
水力旋液分离组合装置下部排出水及固相物，在内罐的沉淀分离区内，利用液体的层流态和折流布水，使下部排出水中的固相物得到更好的沉降效率而分离。
旋流油水分离器工作原理
旋流油水分离器工作原理旋流油水分离器的结构一般由圆筒形的分离器和进口管、油口和水口组成。
混合液通过进口管进入分离器，并在分离器内呈螺旋状流动。
在分离器内部，混合液会发生两种运动，即轴向流动和旋转运动。
轴向流动是指混合液由进口管沿着轴向进入分离器，并沿分离器的轴向流动。
旋转运动是指混合液在分离器内沿着圆筒壁产生一个旋转的涡流。
在旋流油水分离器中，油与水的密度不同，会产生不同的离心力。
由于油的密度较小，离心力较小，因此油会在分离器中心处沿着轴向流动，通过油口排出。
而水的密度较大，离心力较大，会沿着圆筒壁向外流动，通过水口排出。
通过这种方式，混合液中的油和水可以得到有效分离。
1.离心力作用：在旋流油水分离器中，混合液通过进口管进入分离器，并在分离器内发生旋转运动。
由于油和水的密度不同，会产生不同的离心力。
油的离心力较小，在旋转过程中会向中心部分运动。
水的离心力较大，在旋转过程中会向外部运动。
这种离心力的作用下，油和水可以分离出来。
2.涡流效应：当混合液旋转运动时，由于离心力的作用，会产生一个涡流，即旋转的涡流。
这个涡流可以加强分离效果。
在涡流中，油和水可以通过不同的运动路径分离开来。
油在涡流中由内部向外部运动，最终从油口排出。
水在涡流中由外部向内部运动，最终从水口排出。
3.分离效果：利用离心力和涡流效应，旋流油水分离器可以实现有效的油水分离。
由于油和水的密度差异，它们会在分离器中分别沿着不同的路径流动，从而实现分离。
同时，分离器的结构设计可以使涡流更加稳定，从而提高分离效果。
综上所述，旋流油水分离器是利用离心力和涡流效应对混合液进行油水分离的设备。
通过离心力的作用和涡流的产生，油和水可以在分离器中分别沿着不同的路径流动，从而实现有效的分离。
旋流油水分离器具有结构简单、操作方便、分离效果好等优点，广泛应用于石油、化工、环保等领域。
FPSO油一水旋流分离器模拟分析及应用研究
引文：罗佳琪，宋扬，张洪政，等．FPSO油-水旋流分离器模拟分析及应用研究*[J]．石油石化节能与计量，2023，13（12）：1-6.LUO Jiaqi，SONG Yang，ZHANG Hongzheng，et al．Research on the simulation analysis and application of FPSO oil-water swirl separator*[J]．Energy Conservation and Measurement in Petroleum&Petrochemical Industry，2023，13（12）：1-6.FPSO油-水旋流分离器模拟分析及应用研究*罗佳琪1宋扬1张洪政1乔英云2（1.南通中远海运船务工程有限公司/启东中远海运海洋工程有限公司；2.中国石油大学（华东）化学化工学院）摘要：旋流分离器因其紧凑高效在海上平台污水处理单元中被广泛应用。
基于巴西某海上油田的污水实况，根据该油田FPSO的污水处理工艺及设计特点，通过对比分析常见的几种含油污水处理方法，并运用FLUENT软件，建立油-水旋流器几何模型，研究旋流分离器内部流场分布特性，综合分析分离性能随来液流速的变化规律。
根据运行工况，当旋流器入口流速为3m/s时，分离效率低于70%，分离效果不理想；当入口流速为7m/s时，分离效率高于90%，分离后污水含油质量浓度低于100mg/L。
流速过高时，分离效率下降，这是由于流速过大，导致油滴破裂，甚至加剧乳化。
这一规律可为今后海上平台污水处理工艺设计提供参考。
在实际运用时，应根据油田污水性质、实际环境要求、油滴变形破裂及能耗，选择合适的处理工艺及最优的入口流速。
关键词：FPSO；污水处理工艺；旋流分离器；油水分离；入口流速DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2023.12.001Research on the simulation analysis and application of FPSO oil-water swirl separator*LUO Jiaqi1，SONG Yang1，ZHANG Hongzheng1，QIAO Yingyun21COSCO Shipping Shipyard&Engineering Co．，Ltd.（Nantong）/COSCO Shipping OffshoreEngineering Co．，Ltd．（Qidong）2Chemistry and Chemical Engineering，China University of Petroleum（East China）Abstract：The swirl separators have been widely used in offshore platform sewage treatment units be-cause of their compact efficiency．Based on the sewage situation of an offshore oilfield in Brazil，ac-cording to the sewage treatment process and design characteristics of the FPSO in oilfield，the geomet-ric model of oil-water swirl separator is established by comparing and analyzing several common oily sewage treatment methods and using the software of FLUENT．In addition，through studying the in-ternal distribution characteristics of swirl separator，the separation performance with the flow rate of in-coming liquid is analyzed comprehensively．According to the operating conditions，when the inlet flow rate of the cyclone is3m/s，the separation efficiency is less than70%，and the separation effect is not ideal．When the inlet flow rate is7m/s，the separation efficiency is higher than90%，and the oil content of the separated sewage is less than100mg/L．When the flow rate is too high，the separation efficiency will be decreased，which is because the flow rate is too large，resulting in oil droplet rup-ture，and even intensified emulsification．The rule will be provided reference for the future design of offshore platform sewage treatment process．In the actual application，the appropriate treatment pro-cess and optimized inlet flow rate should be selected according to the properties of sewage，actual envi-ronmental requirements，oil droplet rupture deformation and energy consumption．Keywords：FPSO；sewage treatment process；swirl separator；oil-water separation；inlet flow rate第一作者简介：罗佳琪，硕士研究生，2021年毕业于西南石油大学（油气储运工程专业），从事FPSO工艺设计，，1号，226200。
油水分离器ppt课件
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
二、几种油水分离技术介绍
水力旋流器分离效率高；体积小质量轻；无传 动件，维修工作量小；油水分离依靠离心力，因 而浮式生产装置的晃动对其分离效率无影响。
由于离心设备可以达到非常高的转速，产生高 达几百倍重力加速度的离心力，因此离心设备可 以较为彻底地将油水分离开，并目只需很短的停 留时间和较小的设备体积。适应海上平台需要， 故在海上广泛采用。
1）布气上浮法 这种方法主要是借助于机械剪力将混入水中的气泡破碎分散成细
小气泡后进入废水，进行气水混合上浮。常用方法有叶轮上浮法、射 流上浮法以及多孔材料(如扩散板、微孔管、帆布管等)曝气上浮法。 布气上浮法的优点是设备简单，管理方便，电耗较低。缺点是气泡破 碎不细，一般不小于1000微米，上浮效果因而受到限制。此外，采用 多孔材料曝气上浮法，多孔材料容易堵塞，影响运行。
3) 电解上浮法 利用电能在含油废水中的电解氧化还原效应，以及由此在电极上
产生的微小气泡的上浮作用来净化含油废水。如采用可溶性阳极材料， 还可以同时发生电解混凝作用以净化废水。
气浮法，由于产生气泡细小而慢，上升速度较慢需要的浮选机体积 大，故在陆地上应用较多而在还是那个很少使用。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
油水分离技术
含油废水处理工艺应用现状 几种油水分离技术的比较 含油污水处理的未来方向
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
油气水分离原理及工艺简介
捕雾器是用来分离气体中的雾滴的, 经常用在气-液分离器中的气 出口. 有时也会用在油水分离中, 有一定的破乳作用.
5. 聚结板( Coalescing plates)
不同的厂家有很多不同的结构. 通常用在气-液分离中. 有时也称 为叶片填料(Vane Pack).
2. 纠直叶片(Straightening Vane)
通常应用在气-液分离中. 特别当凝析油或者石蜡影响捕雾器 的工作时
3.防涡器(Vortex Breaker).
用在所有的分离器中的液体的出口以防止漩涡的形成. 因为 涡流的形成可以让气体流入液体管线.
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分离器主要内部构件
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分离器主要内部构件
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CPI ( corrugated plate interceptor) 波纹板式分离器
小油滴被波纹板迅速捕获，即会聚集在波纹板上， 并与水分离开来。由于比重的原因，油滴会沿着 波纹板移动到其隆起部分的顶部。波纹板顶部有 小孔，一般为12mm，允许集起来的油通过小孔， 到达集油层。由于这种设计，在波形板隆起的部 分逐步向上变小。含油废水会沿着波形板以不同 的速度移动，这样导致了大小油滴之间的碰撞 （即可以集合的可能性）。油滴变的越来越大， 最后通过波形板把它们分离开来。
6. 产生离心力的构件. (Centrifugal devices)
用在气-液分离器中. 它能让流入的流体产生一个旋转的流动, 从 而靠离心力的作用让液态组分聚结而分离.
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分离器主要内部构件
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分离器主要内部构件
7. 过滤元件(Filter elements)
过滤元件是用来除去流体中一些固体颗粒. 由于过滤元件 容易变脏, 必须定期更换, 所以要求这种分离器有容易开 关的门.
水力旋流器 (全面精炼版)课件
器、尾矿干排专用旋流器。
溢流管
进料管
基本构造
一个柱锥形腔体 一个切向进口（进料管） 两个轴向出口(底流管、溢 流管) 底流管
一、水力旋流器的基本概述
二、水力旋流器的工作原理
三、影响分级效率和分离精度的主要原因
工作原理
介质从圆筒上部的切向 进口（进料管）以一定压力 进入器内（产生高速旋转流 场），高速旋转向下流动。
应采用直径小、锥角亦小的旋流器，以增大颗粒的离心加速度(与半径成
反比)和在器内的停留时间。并采取低的给料浓度和高的给料压力。 3、在满足分离能力的条件下，应该采用尽可能大直径的旋流器。 4、防止大块物料的堵塞，在进料之前加滤网，处理量大时可用并联小旋流 器组。
谢
谢
溢流跑粗的另一个原因。
影响其分离粒度和分级效率的因素：旋流器的结构参数和
操作Байду номын сангаас数
操作参数主要是指给料浓度和给料压力。
给料浓度 越低，分级效率越高，溢流颗粒越细。（在稀薄浆液中颗粒 的离心沉降速度增大，颗粒间的干扰减小），反之亦然。 给料压力 越大，处理量越大， 溢流颗粒越细。
影响其分离粒度和分级效率的因素：旋流器的结构参数和操作参数
特 点
构造筒单，无活动部分；体积小，占地面积也小；操作方便； 运行可
靠；生产能力大；成本低；分离的颗粒范围较广，易于实现自动控制。但 能耗较高，分离效率较低。 在化工、石油(油水分离、污水处理等)、轻工、环保、采矿、食品、医 药、纺织与染料业、生物工程及建材等众多领域也已经或正在获得富有成 效的实际应用 。 常采用几级串联的方式或与其他分离设备配合应用，以提高其分离效率。
水力旋流器
杨** 2017年4月17日
旋液式油水分离器的设计
目录任务书 (I)开题报告 (III)指导老师审查意见 ............................................................................................................. X I 评阅老师评语 .................................................................................................................... X II 答辩会议记录 (XIII)中外文摘要 (XIV)1前言 (1)2.选题背景 (2)3方案论证 (5)3.1油水分离器的主要特点 (5)3.2工作原理 (6)4.旋液式油水分离器结构 (8)5.旋液分离器尺寸的计算 (9)5.1主直径的选取 (9)5.2旋流器其它结构参数的设计 (10)5.3溢流口流量和底流口流量的计算 (13)6.水力旋流器的制造和安装 (14)6.1 水力旋流器在制造上的要求 (14)6.2材料选择 (15)6.3 常用的制造方法 (16)6.4安装 (18)7几何参数对水力旋流器性能的影响 (18)7.1进料口尺寸 (18)7.2旋流器直径 (19)7.3锥角 (19)7.4溢流管尺寸 (19)7.5底流口尺寸 (19)8操作参数对水力旋流器的影响 (19)8.1分离效率与进口流量之间的关系 (19)8.2分流比F与分离效率之间的关系 (20)8.3分流比与压降比之问的关系 (20)9.影响旋流器分离效率的因数 (21)9.1旋流器的准数 (21)9.2主要影响因素 (21)9.2.1 尺寸变量 (21)9.2. 2操作变量 (23)9.2. 3物性变量 (23)10.结论和认识 (24)参考文献 (25)致谢 (26)1前言水力旋流器(Hydrocyclonc)是一种分离非均相液体混合物的设备，它是在离心力的作用下根据两相或多相之间的密度差来实现两相或多相分离的。
油水旋流分离器入口结构优化研究
专题研究油水旋流分离器入口结构优化研究*艾志久1 贺会群2 牛贵锋1 肖 莉2 马海峰1(1 西南石油大学 2 江汉机械研究所)摘要 采用雷诺应力模型CFD数值模拟方法,对涡线形曲面入口、阿基米德螺旋线形入口等9种油水旋流分离器入口结构形式的内流场和分离特性进行了试验研究,得出比较理想的4种优化入口结构形式。
进一步的优化设计和性能试验表明,阿基米德螺旋线是一种较好的入口结构形式,采用这种入口结构形式优化设计的油水旋流分离器试验研究结果表明,阿基米德螺旋线和旋流腔之间实现了平滑过渡,从而得到较稳定的流场和较高的分离效率。
关键词 油水旋流分离器 入口结构形式 阿基米德螺旋线 试验研究引 言油水旋流分离器是利用2种互不相溶液体介质之间的密度差进行离心分离的。
由于旋流分离器本身无任何运转零件,待分离的液体介质由入口切向注入,因而混合液流是在一定的入口压力作用下快速进入旋流腔,并产生高速旋转流场。
旋流分离器内部液流的旋转强度对其分离效果有着相当大的影响,同时,其内部流场的分布合理与否也是影响分离效率的一个重要因素。
入口是液流进入旋流分离器的首要通道。
目前所做的试验研究发现,入口处的压力损失占旋流分离器总体压力损失的40%左右[1],因此入口结构形状直接影响旋流分离器的内流场分布和分离性能,入口形式合理的旋流器应当使压力损失尽量多地集中在旋流分离器的内腔。
由于实验条件的限制,单纯通过实验研究来进行油水旋流分离器尺寸优化是不现实的。
近年来,数值模拟技术和流体湍流理论的迅速发展,为人们从流体运动的基本方程出发,利用流场模拟方法深入地研究油水旋流分离器内的复杂流动现象提供了新途径。
采用CFD技术研究旋流分离器内流体流动的规律,能够预测旋流器的压降和分离效率,达到降低开发费用,缩短开发周期的目的。
数值模拟相关参数的确定利用CFD技术对油水旋流分离器进行数值模拟,须选取合适的湍流模型及建立正确的CFD分析模型。
1 雷诺(R eynolds)应力模型[2]湍流模型是油水分离CFD数值模拟计算的核心。
油水分离器工作原理
油水分离器工作原理
油水分离器是一项特殊的机械装置，它能够将机械润滑油中的水及微小金属磨
损颗粒等杂质含量降到最低。
它的工作原理十分简单，就是利用密度差与重力作用使油里面的水分及其他重物聚集而下，会凝结成水块，而油液则浮在上面。
分离原理：油水分离器工作原理是原油经过空气压入油水分离器内的小型风力
轮的旋转，在较小的卫生空间下对涂膜形成的模拟压力，把排气里的空气和油水及混合物混合抽出，并经过某滤料的滤透，将油水完全分开，其中油被留在外部的泵筒里，而水则被过滤出来，以便滤清不同种类的杂质，比如天然油、沐浴液或拖把水，并除去极细颗粒。
分离结构：油水分离器由聚四氟乙烯、不锈钢或铝合金构成，它具有良好的耐
腐蚀性。
它必须具备低温、高温、静电、噪声和振动的负荷能力，且装置里空气压力应该处于正常气压。
油水分离器有两个主要部分，一个是滤料，它决定了油液和水分的分离，另一个是泵，它帮助把滤料前面收集的试样送到分离器内进行分离处理。
操作方法：使用油水分离器前，首先将机械润滑油倒入油水分离器内，并且要
不断地打开和关闭油水分离器内的气缸和螺杆，使气泵可以顺利加工螺旋齿轮，使油水混合液的密度逐渐变化，最后通过滤料的过滤，把里面的水分离出来，同时把机械润滑油精炼后即可得到高纯度的润滑油，用以保持精密件的正常工作。
以上就是油水分离器的工作原理。
平常使用时要特别注意，要按照说明书操作，加注品质上乘的油，并定期检测润滑系统，以防止过早泄漏或损坏，保持系统正常运行，避免不必要的损失。
旋液分离器原理
旋液分离器原理旋液分离器是一种广泛应用于化工、制药、食品、环保等领域的设备，具有高效、稳定、节能等特点，被广泛应用于各种液体混合物的分离、净化、浓缩等工艺中。
本文将介绍旋液分离器的原理、结构、工作过程以及应用领域等方面的内容。
一、原理旋液分离器是应用旋转运动对液体混合物进行分离的一种设备。
它的操作原理基于离心力的作用，在高速旋转下，液体混合物会产生离心分离作用，即较重的组分向外较轻的组分向内运动，从而实现液体混合物的分离。
二、结构旋液分离器主要由机身、转子、电机和控制系统等部分组成。
其结构主要包括三个部分，分别是进料系统、分离系统和排料系统。
1. 进料系统进料系统是将需要处理的液体混合物导入分离系统的部分，主要由进料管路、进料泵和阀门等组成。
通过进料泵，液体混合物被压入机身中，并通过旋转的转子进行处理。
2. 分离系统分离系统是旋液分离器的核心部分，其主要由转子、机体和分离室等部分组成。
在高速旋转下，液体混合物在分离室中进行分离，较重的组分向外较轻的组分向内运动，最终被分成不同的组分。
3. 排料系统排料系统主要由分离室、出料口和出料阀门等部分组成。
在分离过程结束后，不同组分经过出料口排出分离室，以供进一步处理或收集。
三、工作过程旋液分离器的工作过程主要包括三个阶段：加速阶段、分离阶段和减速阶段。
1. 加速阶段初次启动旋液分离器时，电机逐步加速，使转子开始转动，同时液体混合物被液泵送到机身中。
在加速阶段中，液体混合物的离心分离速度相对较慢。
2. 分离阶段随着旋转速度的增加，液体混合物在分离室中发生较为剧烈的离心分离作用，组分分离效果逐渐提高。
此时，各组分之间的界面逐渐清晰。
3. 减速阶段在分离阶段结束后，电机逐步减速，使转子停止旋转，液体混合物流动也逐渐减缓。
在减速阶段中，分离效果进一步提高，各组分之间的分离效果得到进一步改善。
通过排除分离室中的空气，确保分离过程的稳定性。
四、应用领域旋液分离器在化工、制药、食品、环保等众多领域中得到广泛应用，其具有高效、稳定、节能、易于维护等优点，被广泛应用于各种液体混合物的分离、净化、浓缩等工艺中，特别是在以下领域得到广泛应用：1. 化工领域：用于液态混合物的分离、提纯、浓缩等过程，包括酸碱盐类生产、染料、颜料、塑料、橡胶、合成纤维、有机化工等制造行业。
固-液-液三相旋流分离技术
化
工
机
械
２１ ０ ０焦
固 ・ 一 三 相 旋 流 分 离 技 术 液 液
郭广东
张福 伦 邓松 圣 陈志莉
（ 国人 民解 放 军 后 勤 工 程 学 院 ） 中
摘
要 综 述 了 国 内外 三 相 旋 流 分 离技 术 的发 展 现 状 ， 出 了三 相 流 动 的 复 杂 性 ， 绍 了根 据 假 设 条 件 指 介
的液 ． ． 液 固三相旋 流分 离 器 （ ２ ） 其 结 构 和 图 ｂ ， 尺寸 形状 与污 水 除 油旋 流器 相 似 ， 同 时 实 现悬 能
一 ｂ 舢一— ～
口 固
浮 固相和油 相 的高效 分 离 。 目前 第 １台样 机 已投 入 现 场使用 ， 离结 果表 明 ， 分 对粒 径 为 ４ ｍ 的油 ０
属 于此种 类 型 。
离技术 ， 在美 国获 得 世 界上 第 一 个 水 力旋 流器 并
专利 … 。２ ０世 纪 ３ ０年代 静态 水 力 旋 流器 已产 品 化， ６ 到 ０年 代 ， 旋 流 器 已发 展成 为一 种 标 准 的 该 固． 分 离 设 备 。 １ ８ 年 ， ｏｔａ ｐｏ 液 ９３ Ｓ ｕｈ ｍ ｔｎ大 学 的 Ｍａ ｉ ｈｗ教 授 设 计 的 第 １台商 用 高 压 Ｖ ｒ ｉ ｒｎＴ ｅ ｔ ｏｔ ｌ ｏ
文 献标 识 码 Ａ
采 出 的原油 、 田含 油污水 、 金及 机械加 工 油 冶
型 静 态 液一 水 力 旋 流 器 ， 在 澳 大 利 亚 Ｂ ｓ 液 并 ａｓ
Ｓｒｉ油 田 的采 油 平 台上进 行 油水 分离 试验 ， 得 ｔ ｔ ａ 取 了满意 的效 果 。 国 内外 首 先 出 现 的 三 相分 离 器 其 实是 由 固一
柱式气液旋流分离器设计
柱式气液旋流分离器结构设计柱式气液旋流分离器设计【摘要】平衡钻井技术有利于防止钻井液漏失、能及时发现和保护油气层，并能提高机械钻速等。
但是由于欠平衡装备价格昂贵，制约着这一技术的发展。
鉴于这种现状，自行设计了台应用于欠平衡钻井的管柱式气液旋流分离器。
管柱式气液旋流分离器是一种带有倾斜切向入口及气体、液体出口的垂直管。
它依靠旋流离心力实现气、液两相分离，与传统的重力式分离器相比，具有结构紧凑、重量轻、投资节省成本等优点，是代替传统容积式分离器的新型分离装置。
在气液两相旋流分析的基础上，建立了预测分离性能的机理模型，该模型包括了入口分离模型、旋涡模型、气泡及液滴轨迹模型；依据机理模型，提出了管柱式旋流分离器工艺设计技术指标和工艺步骤.设计根据管柱式旋流分离器的机理模型以及设计工况，完成了管柱式旋流分离器的结构设计、强度分析、理论校核、焊接工艺设计以及分离器内气液两相流的数值模拟，为工程设计和理论设计提供一定的理论依据。
【关键词】欠平衡钻井技术旋流分离器气液两相流动分离机理模型设计Gas-liqulid Cylindrical CycloneAuthor: Wang maohui(School of Mechanical Engineering, Yangtze University) Tutor: Feng Jin (School of Mechanical Engineering, Yangtze University)【Abstract】The balanced well drilling technology is advantageous in preventing loss of circulation, can promptly discover and protect hydrocarbon zone ,also can enhance the penetration rate. But the expensive under balance equipment has restricted this technology’s s development. In view of the situation,I designed a gas-liqulid cylindrical cyclone independently for the balance under drilling .The GLCC is one kind has leans the bevelling to the entrance and the gas, the liquid exportation hangs the ascending pipe. It can realize the gas-lip fluid separation depends upon the cyclone centrifugal force. compared with the traditional gravity type separator, which has the compact structure, the lighter weight, the smaller investment and so on.It’s a new disengaging equipment which replace the traditional volume type separator. On the basis of the gas-liquid two-phase cyclone analyses , has established the forecast separation performance mechanism model, this model include the entrance separation model, the whirlpool model, the air bubble and the bubble path model; Based on the mechanism model, proposed the tube column type cyclone separator technological design technical specification and the craft step.The design basis tube column type cyclone separator mechanism model as well as the design operating mode, has completed the tube column type cyclone separator structural design, the intensity analysis, the theory examination, in the welding technological design as well as the numerical simulation of the gas-liquid two phase floe in the separator simulations, provide the certain theory basis for the engineering design and the theoretical design.【Key words】:Under balanced drilling technology ，cyclone separator, Gas-Liquid two-phase flow, separation mechanism odel ，Design柱式气液旋流分离器结构设计目录柱式气液旋流分离器设计 (1)绪论 (2)欠平衡钻井技术的发展现状和前景 (5)1、设计背景 (6)1.1 选择气液旋流分离器的意义 (6)1.2 气液旋流分离器的国内外研究现状 (7)2、方案论证 (8)2.1 旋流式气液分离方案的可行性 (8)2.2 旋流式分离器的结构及工作原理 (9)2.3 旋流式分离器的优缺点 (9)3、结构分析及设计 (10)3.1 入口设计分析 (10)3.1.1入口管分析 (10)3.1.2入口喷嘴分析.............................................................. 错误！未定义书签。
旋液分离器原理
旋液分离器原理
旋液分离器是一种常用的固液分离设备，利用离心力将混合物中的固体颗粒与液体分离开来。
其原理主要基于离心力和不同物质在离心场中的沉降速度差异。
旋液分离器内部通常具有一个圆锥形或圆柱形的容器，容器内部的工作物料一般为液体、悬浮物和固体颗粒混合物。
通过旋转分离器，产生一个高速旋转的离心场，使得混合物中的固体颗粒受到离心力的作用而向外壁沉降，而液体则向内侧趋近。
在旋转过程中，因为固体颗粒的质量大于液体分子，所以固体颗粒在离心力的作用下被迫向离心机内壁靠拢，沿离心机内壁向下移动。
而液体则受到离心力的作用而向中心轴靠拢，沿容器内壁上升形成环流。
由于固体颗粒的沉降速度远远大于液体的上升速度，因此固体颗粒会逐渐沉积在离心机内壁上，形成一个固体层。
当旋转速度减小或停止时，固体颗粒会以自然沉降的形式沉降到离心机底部形成一个沉渣层，而上层液体则通过出口流出。
这样就实现了液体和固体的分离，常用的实例是从原油中分离出水和杂质。
需要注意的是，旋液分离器的有效分离效果与多个因素有关，如旋转速度、固体颗粒的大小和浓度、液体粘度等。
为了提高分离效果，还可以根据需要调整旋转速度和设计分离器的结构形式。
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目录任务书 (I)开题报告 (III)指导老师审查意见 ............................................................................................................. X I 评阅老师评语 .................................................................................................................... X II 答辩会议记录 (XIII)中外文摘要 (XIV)1前言 (1)2.选题背景 (2)3方案论证 (5)3.1油水分离器的主要特点 (5)3.2工作原理 (6)4.旋液式油水分离器结构 (8)5.旋液分离器尺寸的计算 (9)5.1主直径的选取 (9)5.2旋流器其它结构参数的设计 (10)5.3溢流口流量和底流口流量的计算 (13)6.水力旋流器的制造和安装 (14)6.1 水力旋流器在制造上的要求 (14)6.2材料选择 (15)6.3 常用的制造方法 (16)6.4安装 (18)7几何参数对水力旋流器性能的影响 (18)7.1进料口尺寸 (18)7.2旋流器直径 (19)7.3锥角 (19)7.4溢流管尺寸 (19)7.5底流口尺寸 (19)8操作参数对水力旋流器的影响 (19)8.1分离效率与进口流量之间的关系 (19)8.2分流比F与分离效率之间的关系 (20)8.3分流比与压降比之问的关系 (20)9.影响旋流器分离效率的因数 (21)9.1旋流器的准数 (21)9.2主要影响因素 (21)9.2.1 尺寸变量 (21)9.2. 2操作变量 (23)9.2. 3物性变量 (23)10.结论和认识 (24)参考文献 (25)致谢 (26)1前言水力旋流器(Hydrocyclonc)是一种分离非均相液体混合物的设备，它是在离心力的作用下根据两相或多相之间的密度差来实现两相或多相分离的。
由于离心力场的强度较重力场大的多，因此水力旋流器比重力分离设备效率要大的多。
早在1891年，Bremey就在美国申请了第一个水力旋流器专利。
但在随后的几十年时间里水力旋流器一直主要被用做固．液两相介质的分离装置，从水中分离固体介质，如煤的精选等，且仅限于在采矿工业中使用，末被其它行业所重视与引用。
二次大战前后，学科之间的沟通与交流极大地扩大了它的应用范围，化工、冶金、石油加工、动力发电、废水处理、造纸等部门都开始应用，但仍是做为固．液两相介质的分离装置。
近二三十年来，随着其用途的不断扩大，它的理论研究、实验与设计、加工制造各方面都有了长足进步。
同时，它的用途也由主要进行固．液分离，扩展到两种不互溶流体介质的液一液分离和气．液分离，甚至三相分离等，如液体净化、泥浆稠化、液体脱气、固体区分、固体介质的冲洗、按密度或形状将固体分类等，现在水力旋流器已成为多用途的高效分离装置。
上世纪60年代末期，英国Southampton大学的MartinThew等人开始研究用水力旋流器分离油、水两种液体介质的可能性。
从70年代起，他们进行了将近10年的研究，得到了肯定的结论，并设计出样机。
从此开始了水力旋流器应用的另一个新领域，液．液或液．气的两相分离。
由于旋流分离具有许多独特的优点，旋流脱油技术在发达国家含油污水处理特别是在海上石油开采平台上已成为不可替代的标准设备。
1989年中国海洋石油公司与美国Amoco石油公司在中国南海联合开发的流花11．1油田，开始在海上石油开采平台上使用旋流分离器处理含油污水。
二十多年来的科学研究及工程实用结果表明：旋流分离作为一种高效分离技术，其使用场合并不仅仅局限于污水除油方面，如同重力分离技术一样。
其在原油脱气、脱水、除砂以及原油和污水净化等方面都存在着技术上的可行性、经济上的必要性和工程应用上的广阔前景。
2.选题背景它的应用领域已扩大到各行各业。
从其可分离的类型上看，除了对完全溶解于液体介质的物质不能分离(溶于液体中的气体，在水力旋流器中也可部分地分离)，以及对乳化液难于分离(可加入破乳剂后再行分离)外，其它的两相或三相介质均可分离。
如液--固、气--固、液--气、液--液、液--气--固三相的分离，甚至密度不同，或形状不同的两种固体颗粒亦可用水力旋流器分离。
同时，对水力旋流器的操作特性许多学者作了专门研究，对它的应用场合，运转参数的选择与确定都有了合理的依据。
因此，水力旋流器在实际应用中大都取得了很好的分离效果，经济效益可观。
许多学者专门研究了水力旋流器各部分几何参数的合理确定的问题，研究了几何尺寸变化对分离性能的影响，如，溢流口径和底流口径的形状及大小的改变、圆锥角的变化、尾管长度等，从而逐渐得出了几组合理的几何尺寸。
再次，水力旋流器的设计与制造方面，固一液水力旋流器已有几种定型的设计，其结构与参数经使用证明较为合理。
其中以Rietema，Bradley和Kelsall的三种设计结构应用最普遍，效果最好．他们的选择与比例放大也有自己的关系式，这些关系式都是通过试验推出的，具有半经验性。
液一液水力旋流器的结构与设计，最为合理的是Thew等人的设计，他们在这一领域进行了大量的试验研充。
其效果十分明显。
但液一液水力旋流器的选择与比例放大的理论工作。
目前还很不完善，没存提出什么合理的可供遵循约关系式。
水力旋流器的制造技术也大大提升了，在保证精度以确保水力旋流器的运转特性前提下，制造方法不断改善。
最明显的是液一液水力旋流器的制造，许多国家巳用非金属材料(如聚胺酯等)代替金属材料，用注塑方法加工生产．同时将几个水力旋流器制造在一个外壳内，加大了处理量，又降低了成本。
对于油中分散水进行处理的水力旋流器取得的成功较少。
一篇较早的论文采用了传统的几何结构, 实验从水为连续相延续到油为连续相, 而且实验采用的也是塑料颗粒, 以免乳化。
实验没有得出合理的分离结果, 即使是采用水-煤油混合液。
但是实验也的确给出结论认为壁面的润湿性是显著的。
对全锥角为60和具有低剪切扩大入口的旋流器进行水/煤油实验的结果全面总结, 揭示出分流比和入口含水量对分离压降的影响, 以及仅以水为介质时对轴向速度分布的影响。
一个关键参数是比值Rf/Cf(分流比与含水量之比), 这个比值的理想值为当水刚刚发生突破进入溢流时的值1, 实验中最小值为1. 1。
对水滴的破碎情况与固体颗粒和类比液滴在同一旋流器内的结果进行了检查对比。
从油中分离水(或盐水), 当油的粘度接近水的5倍时, 很明显没有什么成功的先例, 当然界面的自然性质也是极为重要。
最近的研究表明正确匹配的破乳剂可改善分离效率30%, 这主要是增强了液滴的聚结。
这项研究也暗示了应当对几何尺寸进行修正, 以便正确确定停留时间, 使表面活性剂充分发挥作用, 而且由于两个排出口停留时间分布( RTD)是不同的, 因此也包括对分流比的调整。
我国在液-液旋流分离技术研究方面起步较晚。
80年代末, 国内有关科研单位开始正式成立旋流器科研课题进行研究。
他们在引进成套旋流器的同时, 根据国外文献资料中提供的液-液旋流器模型尺寸比例, 结合自己的设计经验, 设计出适合我国油田实际情况的液-液旋流器。
其中江汉石油机械研究所设计的XL- 10型液-液旋流分离器,油田现场试验的分离效率为0.94; 大庆油田设计院于1992年设计的双锥型旋流器的除油效率基本达到了国外同类产品的指标; 胜利油田勘探设计院同沈阳新阳机器制造公司合作开发的预分离旋流器和污水处理旋流器的分离效率分别在80%以上, 但在现场应用中性能还不稳定。
此外, 石油大学(华东)油气集输教研室在开展液-液旋流分离技术研究以来, 先后在结构选型试验研究、旋流管外特性研究、旋流管流场数值模拟方面取得了很大的进展。
开发出了35mm、28mm和20mm高效、低耗系列油水预分、污水除油旋流管, 在压降小于0. 3MPa时, 处理量分别为6. 2m3/h、4. 1 m3/h、2. 2 m3/h。
其中除油旋流管底流出口水中含油指标达到国外同类旋流器的性能指标。
并且开发出的部分旋流管已经推广应用到胜利油田和大港油田, 目前正着手把初步的研究成果转向产品化。
尽管在理论分析方面和计算流体力学( CFD)方面水力旋流器研究稳步向前发展, 但水力旋流器研究基本上仍以实验为基础。
LDA的出现使稳态和紊流情况下高涡旋速度场的无侵入式测量成为可能, 而且该技术已从70年代早期的一维测量发展到今天的三维测量。
实验架设计的关键因素是独立控制流量和液滴粒径, 结合利用等动量取样进行进出口液滴粒径测量。
尽管在线激光衰减散射法在含油浓度测量的精度上不如传统的溶解萃取红外线法,但激光在线法却远比萃取法方便得多。
虽然LDA是单点测量, 但当使用染色剂或盐示踪剂时, 停留时间的确定可以给出合成的图像, 尽管只是针对连续相成份。
尽管Kimber和Thew用圆筒形水力旋流器分出了大约90%的油, 但这是不适合于商业应用的。
在研究中, 他们很看重多入口的重要性, 认为多个入口可实现油核的线性, 使油核具有最小的回旋。
他们还发现在底流端具有轴向出口而不是切向出口情况下具有最低的紊流强度。
然而, 油芯向出口的流动对轴向出口设在入口端及底流端的两种情况都不能令人满意。
前者得不到稳定的反向流动的核芯, 而后者会出现导致油被捕获的周期性的不稳定性, 或者说已分开的油和水会发生片刻的混合。
(细小的聚丙烯粉用来模拟油滴, 具有更高的摄像可视性, 避免偶合和破碎现象)。
Colman和Thew发现增加非常小的锥角, 如小到1°~ 2°全锥角, 会导致径向流动的不同, 特别是当为了降低剪切和压降而显著扩大入口截面时。
与长圆柱几何结构相比, 锥管结构可以给出稳定的、直径细小的反向流核芯, 而且允许在极小的溢流孔径下工作。
实验所得到的最好结果是在没有涡流探测管(V ortex finder)的情况下。
长的圆柱尾管是构成旋流器整体所必须的部件, 在圆柱尾管里小粒径的液滴移向轴线上的反向核芯。
发展的步伐逐渐加快。
1983年Colman和Thew发表文章公布了一些概括出的关系式和级效率曲线(粒径测试采用库尔特计数器, CoultreCounter), 尽管这篇文献中优化的斯托克斯数St ( StokesNum ber)和雷诺数Re( ReynoldsNumber) 之间的关系式被后来发现是错误的。
液-液水力旋流器装置的工作可采用计算机控制, 例如, 一个3段式水力旋流器装置采用计算机在线控制, 如果超声探针探测到入口有一油流段塞, 可自动控制将油流切换到污油罐去。