應(yīng)用于氣液兩相分離水力旋流器結(jié)構(gòu)設(shè)計

介紹了液-液分離水力旋流器的理論研究進(jìn)展,分析了各種數(shù)學(xué)模型的研究狀況及存在的問題,對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在液-液分離水力旋流器的應(yīng)用及其發(fā)展進(jìn)行了展望。

伊拉克某油田現(xiàn)有的c列第3級生產(chǎn)分離器由于原設(shè)計缺陷,造成原油處理c列處理能力嚴(yán)重不足,出現(xiàn)氣液夾帶、液位超高等問題。對分離器進(jìn)行技術(shù)評估后認(rèn)為,由于該分離器本來直徑就小,再加上氣出口位置偏低,分離緩沖空間小,造成氣液分離不充分,液相波動時液體沖入氣管線,形成氣液夾帶。另外,由于設(shè)備內(nèi)部沒有任何輔助分離結(jié)構(gòu),氣體中的液滴無法聚集沉降,氣體含液率高。技術(shù)改造方案為:將氣管線出口由側(cè)面改到罐頂,利用直徑500mm人孔作為氣體出口；設(shè)置集氣包,在內(nèi)部安裝葉片式捕霧芯；將現(xiàn)有氣管線出口用盲板封堵,作為通風(fēng)孔。根據(jù)改造方案進(jìn)行工藝計算,以液相分離計算的結(jié)果以及控制時間的要求來確定液位設(shè)置,結(jié)合分離器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及氣液分離情況來確定桑德-布朗系數(shù),計算最大氣體流速和氣體停留時間。改造完成后,分離器能夠滿足氣液分離的要求,c列產(chǎn)量增加,液位控制穩(wěn)定,達(dá)到了生產(chǎn)去瓶頸的目的。

伊拉克某油田現(xiàn)有的c列第3級生產(chǎn)分離器由于原設(shè)計缺陷,造成原油處理c列處理能力嚴(yán)重不足,出現(xiàn)氣液夾帶、液位超高等問題.對分離器進(jìn)行技術(shù)評估后認(rèn)為,由于該分離器本來直徑就小,再加上氣出口位置偏低,分離緩沖空間小,造成氣液分離不充分,液相波動時液體沖入氣管線,形成氣液夾帶.另外,由于設(shè)備內(nèi)部沒有任何輔助分離結(jié)構(gòu),氣體中的液滴無法聚集沉降,氣體含液率高.技術(shù)改造方案為:將氣管線出口由側(cè)面改到罐頂,利用直徑500mm人孔作為氣體出口;設(shè)置集氣包,在內(nèi)部安裝葉片式捕霧芯;將現(xiàn)有氣管線出口用盲板封堵,作為通風(fēng)孔.根據(jù)改造方案進(jìn)行工藝計算,以液相分離計算的結(jié)果以及控制時間的要求來確定液位設(shè)置,結(jié)合分離器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及氣液分離情況來確定桑德-布朗系數(shù),計算最大氣體流速和氣體停留時間.改造完成后,分離器能夠滿足氣液分離的要求,c列產(chǎn)量增加,液位控制穩(wěn)定,達(dá)到了生產(chǎn)去瓶頸的目的.

利用空氣壓縮機、nikuni氣液混合泵對旋流器單體進(jìn)行注氣試驗.通過注入的微氣泡捕獲微小油滴形成的油-氣復(fù)合體,在離心力的作用下,氣泡將攜帶油滴運移至核心處,完成氣浮選和旋流分離的協(xié)同效應(yīng),從而實現(xiàn)油水高效分離.試驗結(jié)果表明:采用注氣方法可改善水力旋流器的分離效果,但空氣壓縮機單點注氣破壞流場的穩(wěn)定,旋流器分離效率的提高并不明顯;空氣壓縮機入口注氣、微孔管旋流腔注氣與采用nikuni氣液混合泵注氣3種條件下,水力旋流器的分離效率均可達(dá)到95%以上,是較為理想的注氣形式.

加拿大在阿爾伯特的麥克穆里地區(qū)產(chǎn)出了在量的同砂尾礦，包括砂、粘土及混入的瀝青。本研究的目的是選用水力旋流器并對它在排除尾礦中細(xì)粒物料方面的作用進(jìn)行評價，同時產(chǎn)出固體含量為７５％的沉砂產(chǎn)品。

加拿大在阿爾伯特的麥克穆里堡(fortmcmurray)地區(qū)產(chǎn)出了大量的油砂尾礦,包括砂、粘土及混入的瀝青。本研究的目的是選用水力旋流器并對它在排除尾礦中細(xì)粒物料方面的作用進(jìn)行評價,同時產(chǎn)出固體含量為75%的沉砂產(chǎn)品。在半工業(yè)試驗中對多段水力旋流器進(jìn)行了研究。采用不同固體含量的超細(xì)拉(-44μm)物料作為旋流器的給料。在兩段的linatex選別回路中進(jìn)行試驗時沉砂產(chǎn)品的回收率為98.8%～99.6%,固體含量為73%～75%。當(dāng)給料濃度變化時對旋流器沉砂的回收率及固體含量影響不大。獲得如此好的結(jié)果關(guān)鍵是沉砂口的控制以及低壓給料法(旋流器直徑為23cm時壓力為<60kpa)。當(dāng)超細(xì)粒物料含量增加7%時沉砂產(chǎn)品的回收率就顯著下降,這可能是由于旋流器中存在過多的粘土而使介質(zhì)濃度太大的緣故,半工業(yè)試驗結(jié)果比模型預(yù)測的要好。當(dāng)旋流器直徑由23cm增加到51cm時對分離點幾乎無影響。

1 v帶傳動5臺組合式動態(tài)水力旋流器結(jié) 構(gòu)設(shè)計 第1章緒論 離心力場的創(chuàng)立和運用是科學(xué)和技術(shù)的成就之一，運用離心力場進(jìn)行非均相物系 的分離是行之有效的方法。離心分離設(shè)備按有無旋轉(zhuǎn)部件可以分為旋轉(zhuǎn)分離設(shè)備和機 身旋轉(zhuǎn)的離心分離設(shè)備。前者如水力旋流器（亦稱旋流分離器），流體固定的機身內(nèi) 旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心力場；后者如各種離心機，由于機身旋轉(zhuǎn)而帶動內(nèi)部流體作回旋運動 而產(chǎn)生離心力場。由于前者沒有運動部件，具有簡單的結(jié)構(gòu)。設(shè)備緊湊、占地面積小 和設(shè)備成本低等諸多優(yōu)點，因而受到了廣泛的關(guān)注和研究。 1.1本課題研究的意義及現(xiàn)狀 1.1.1本文研究的意義 原油是一粘稠狀的非牛頓流體，由于粘度大，一方面進(jìn)行原油的靜態(tài)旋流脫水需 要建立更強的離心力場，另一方面也明顯增加了阻力損失。兩者綜合作用的結(jié)果極大 地制約了靜態(tài)旋流分離技術(shù)在原油脫水凈化方面的應(yīng)用，故實現(xiàn)原油旋流脫水凈化較 有可能的技術(shù)方案

依據(jù)計算流體動力學(xué)(cfd)的計算方法,利用fluent軟件對水力旋流器內(nèi)清水流場進(jìn)行了三維數(shù)值模擬研究,并將模擬所得的流場與實測結(jié)果作對比,證明該軟件模擬效果良好,從而為進(jìn)一步研究旋流器固—液分離現(xiàn)象提供了一定的指導(dǎo)。

利用現(xiàn)有旋流器流場分析理論研究成果,針對常規(guī)水力旋流器存在的短路流等問題,提出在常規(guī)水力旋流器的基礎(chǔ)上增設(shè)軸向零速包絡(luò)面過濾網(wǎng)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)思路,將常規(guī)的水力旋流器改進(jìn)成為以旋流為主過濾分離為輔的新型分離設(shè)備,并對其合理性和可行性進(jìn)行了理論上的分析論證,同時討論了濾網(wǎng)對流場的影響以及相關(guān)的問題。

對番茄渣皮、籽在水力旋流器內(nèi)的運動進(jìn)行了理論分析,以rietema澄清器結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),依據(jù)番茄籽的物理特性研究并初步確定了實現(xiàn)番茄渣皮、籽分離的旋流器的結(jié)構(gòu)形式和主要技術(shù)參數(shù),并通過試驗進(jìn)一步研究了操作參數(shù)與分離性能之間的關(guān)系。

眾所周知,用于顆粒狀物料分級的水力旋流器的工作效率取決于其部件,包括沉砂口的工作表面的狀況。全蘇非金屬建筑材料和水力機械化科學(xué)研究所經(jīng)研究建議采用工作表面粗糙,邊部顆粒粒度相同而高度不同的沉砂口。

采用雷諾時均n-s方程和rngk-ε湍流模型,使用多相流模型中的混合物模型,通過商用軟件fluent,對自吸時旋流自吸泵內(nèi)氣液兩相流場作了數(shù)值模擬.在對蝸殼流道和葉輪流道進(jìn)行網(wǎng)格劃分時,尺寸扭曲率為0.78.根據(jù)模擬結(jié)果,將泵內(nèi)兩相流場的靜壓分布,與單液相時的靜壓分布作了對比,并比較了葉輪內(nèi)氣相與液相相對速度的分布情況.另外,對含氣率的分布情況作了分析.結(jié)果表明,自吸時氣液兩相狀態(tài)下的靜壓稍小于單液相狀態(tài)下的靜壓;泵內(nèi)的主要流動是液相通過相間作用夾帶氣相的流動,液相速度略大于氣相速度;靠近泵出口的兩個葉道內(nèi),有氣相的積聚,含氣率較高.

應(yīng)用水力旋流器進(jìn)行黃河水泥沙分離時,溢流口懸浮液的顆粒粒度分布和平均粒徑的大小是評價水力旋流器分離性能的重要指標(biāo)。在模擬黃河水泥沙分離試驗中,通過改變旋流器某些結(jié)構(gòu)和操作參數(shù),進(jìn)行正交對比試驗,然后對不同試驗條件下溢流的顆粒進(jìn)行中位徑分析,定性地總結(jié)出旋流器的某些結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)對分離性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,當(dāng)進(jìn)料口懸浮液中位徑為3.5μm時,進(jìn)口壓力高于0.06mpa,分離產(chǎn)品的中位徑才明顯減小。進(jìn)口壓力從0.06mpa升至0.07mpa時,分離產(chǎn)品的中位徑下降了65.6%。當(dāng)進(jìn)口壓力大于0.07mpa時,分離產(chǎn)品的中位徑變化不明顯。當(dāng)進(jìn)料口懸浮液中位徑等于3μm,進(jìn)口壓力為0.05mpa時,底流口直徑從14mm升至16mm,分離產(chǎn)品的中位徑下降了68.4%。

旋流器的定位不合理導(dǎo)致二段閉路磨礦細(xì)度控制始終不能達(dá)到理想效果，浮選回收率受到影響，旋流器的工作壓力控制不穩(wěn)，進(jìn)而影響到重選回收率。

為了研究廢砂漿中碳化硅粉和硅粉的分離情況,選用混合模型對柱型水力旋流器多相流流場進(jìn)行數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明:柱型水力旋流器的分離效率與入口速度、進(jìn)口濃度等因素有關(guān),并分析出一定條件下當(dāng)主、次相的入口速度均為1.1m/s時顆粒分離效果較好,分離效率較高,實驗檢測分離性能較好,為進(jìn)一步實驗研究提供一定的指導(dǎo)。

為降低傳統(tǒng)分離器量油的人工計量強度,提高油井計量精度,適應(yīng)老區(qū)改造,本設(shè)計對兩相分離器進(jìn)行改造,利用智能傳感器和處理模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)的玻璃管計量方法;利用旋進(jìn)漩渦流量計。通過在油、氣管線上安裝電動閥門,對油井產(chǎn)出液和氣體及含水率進(jìn)行自動計量,用戶可通過計算機進(jìn)行在線監(jiān)控。該技術(shù)實施簡便,成本較低,具有一定的推廣意義。

水力旋流器是一種應(yīng)用于非均勻相混合物分離的設(shè)備,通常應(yīng)用于污水處理系統(tǒng)的一級除油設(shè)備,利用油水密度差在離心力的作用下將油水進(jìn)行分離.由于其理論處理效率高、占地空間小的優(yōu)點在海上采油平臺中廣泛使用.但目前在渤海地區(qū)內(nèi)無成功使用的案例,在實際應(yīng)用當(dāng)中發(fā)現(xiàn)其處理效果不明顯,而且含油污水的排量較大對平臺的排放系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的壓力,增加現(xiàn)場工作量,大多數(shù)基本處于停用狀態(tài).錦州25-1南油氣田通過對水力旋流器現(xiàn)場調(diào)試和數(shù)據(jù)分析找出影響水力旋流器處理效果的因素,對水力旋流器系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造,通過現(xiàn)場調(diào)試,大幅提高了水力旋流器的處理效率.

文章在分析影響水力旋流器分級效率因數(shù)的基礎(chǔ)上,提出通過降低底流中細(xì)粒級含量來增大旋流器的分級效率的方法,并對旋流器做了一些改進(jìn)。新型旋流器采用加沖洗水的方式對礦漿進(jìn)行二次分級,利用獨特的底流口旋轉(zhuǎn)篩分分級技術(shù)對底流進(jìn)行三次分級,減少底流中細(xì)粒含量,以滿足高效分級的要求。

輕質(zhì)分散相水力旋流器在食用油的提煉、奶品脫脂、果汁濃縮等農(nóng)副產(chǎn)品加工以及廢水回用于農(nóng)田水利的過程中有著廣泛的應(yīng)用前景。該文根據(jù)旋流器的分離效率模型計算并關(guān)聯(lián)了輕質(zhì)分散相水力旋流器的分割尺寸d50,可作為衡量旋流器分離能力的標(biāo)志。得到的結(jié)果可適用于不同的流體流量、不同的分流比、不同的流體物性參數(shù)以及不同尺寸關(guān)系的旋流器。根據(jù)計算結(jié)果,分流比對分割尺寸的影響比較小,半錐角、溢流口尺寸與底流口尺寸對分割尺寸的影響比較大。旋流器大小、流體的流量以及物性參數(shù)對旋流器分割尺寸的影響比較直接,當(dāng)旋流器尺寸r0、流量以及物性參數(shù)變化時,分割尺寸的改變遵循旋流器數(shù)不變的規(guī)律。由于分割尺寸與r0的平方根成正比,所以旋流器尺寸越小,分割尺寸也越小,因此旋流器的分離能力也就越大。

通過對旋流器溢流口結(jié)構(gòu)的深入研究。設(shè)計出3種新型溢流口結(jié)構(gòu)──渦流屏蔽罩式、渦流屏蔽罩和渦流探測管組合式以及實心渦流屏蔽管式溢流口。利用marvern激光粒度儀，在室內(nèi)模擬試驗裝置上進(jìn)行了分離性能測試，并從粒級效率和壓力降兩方面綜合評價了3種溢流口結(jié)構(gòu)的分離性能。測試和分析結(jié)果表明，溢流口直徑越小，分離效率越高，壓降也略有增大；渦流屏蔽罩式、渦流屏蔽罩和渦流探測管組合式溢流口可以降低壓降7％以上，而分離效率基本不變；實心渦流屏蔽管式溢流口和帶下傾角的入口流道組合可以大大降低旋流器的壓降。

空氣吹脫被廣泛用于從廢水中脫氨,但其過程效率有待提高。為了提高過程效率,提出了一種新型氣-液吹脫設(shè)備——水力噴射空氣旋流分離器(wsa),并以廢水中氨的吹脫進(jìn)行了實驗。與傳統(tǒng)的吹脫設(shè)備相比,wsa表現(xiàn)出較好的氣-液傳質(zhì)性能,使氨的吹脫效率大大提高。在氨的吹脫過程中,液相溫度和空氣流量是影響吹脫過程中氨體積傳質(zhì)系數(shù)的主要因素。空氣流量對于體積傳質(zhì)系數(shù)存在一個臨界值,超過此值時,體積傳質(zhì)系數(shù)隨空氣流量增加而迅速增大。液相中存在的固體顆粒物對于吹脫過程的傳質(zhì)幾乎沒有影響。在該設(shè)備中沒有填料,不存在堵塞問題,因而可以進(jìn)行較長時間的分離操作。

為克服傳統(tǒng)取樣式多相流量測量方法取樣口易堵塞的缺點,提出了通過管壁取樣測量氣液兩相流體流量的新方法.管壁四周均勻布置4個直徑為2.5mm的取樣孔,并在上游采用旋流葉片將來流整改成液膜厚度均勻分布的環(huán)狀流型,從而增強了取樣的代表性.分析表明,取樣流體中的液相質(zhì)量流量與主流體液相質(zhì)量流量的比值主要取決于取樣孔的數(shù)目和大小,而取樣流體中的氣相質(zhì)量流量與主流體氣相質(zhì)量流量的比值則與主管路液相流量有關(guān).在管徑為0.04m的氣液兩相流實驗回路進(jìn)行的實驗表明,在實驗范圍內(nèi)液相取樣比為0.049,基本不受主管氣液相流量波動的影響,能夠在寬廣的流動范圍內(nèi)維持恒定.液相流量最大測量誤差為6.8%,氣相流量最大測量誤差為8.9%.