發(fā)布時間：2019-04-28 19:48

【摘要】：靜電聚結法能夠對低含水原油進行有效地脫水處理,而且因其高效、節(jié)能、環(huán)保的特點,靜電聚結法正受到越來越多的青睞。西方研究人員提出將液滴的靜電聚結與重力沉降兩個過程分開實施的原油電脫水方案,然而這種方式暴露出聚結后的乳狀液因管路中彎頭、閥門等處的劇烈剪切而發(fā)生二次乳化的問題。因此,本文將同軸圓柱絕緣電極和傳統(tǒng)重力式分離器進行整合,設計出新型靜電聚結分離器,設法避免液滴的二次乳化。本文對同軸圓柱絕緣電極進行了絕緣材料的篩選及絕緣結構的設計;闡述了靜電聚結分離器的基本分離機制,基于Maxwell-Wagner模型從電介質極化的角度分析了同軸圓柱絕緣電極的電場-頻率分布特性;設計并制造了靜電聚結分離器室內樣機;設計并搭建了靜電聚結分離流動評價實驗環(huán)道系統(tǒng);采用Mixsim仿真軟件對油水預混合攪拌器的結構參數(shù)進行了模擬優(yōu)化;對實驗介質的物性參數(shù)進行了測量;制備了4種含水率的油水乳狀液。采用流動評價實驗研究了電場強度、電場頻率、乳狀液流量以及乳狀液含水率對靜電聚結分離器液滴聚結及油水分離的影響特性。實驗結果表明:高強電場能夠促進液滴的快速聚結,但要避免電場強度過高引起的“電分散”現(xiàn)象;隨著電場頻率的增加,液滴聚結效率總體呈提高的趨勢,但在100 Hz左右存在一個明顯的拐點,且含水率越高,拐點頻率越小;流量越大,電場作用時間越短,液滴聚結效率越低,但流量的增大能夠促進液滴間的碰撞,提高聚結效率;含水率越大,電場作用后液滴粒徑增大的倍數(shù)越高,且隨著流量的增大,不同含水率的乳狀液粒徑增大的倍數(shù)趨于一致;極板電壓和頻率是決定靜電聚結分離器能耗的關鍵因素,靜電聚結分離器處理1m3乳狀液所需的能耗僅為7.742×10-3~1.996 kW·h/m3,因此十分經濟可靠。將靜電聚結分離器聚結流道中的的層流簡化為二維平面Couette流,采用相場(phase field)法,將電場和剪切場進行雙向耦合,建立了電場和剪切場作用下雙液滴運動、聚結的數(shù)值模型,通過數(shù)值模擬研究了雙液滴的運動、聚結規(guī)律以及幾何參數(shù)、電參數(shù)、流動參數(shù)、物性參數(shù)對雙液滴聚結速率的影響。研究結果表明:該數(shù)值模型的可靠性通過微觀樣槽實驗得到了驗證;電場和剪切場協(xié)同作用下雙液滴的動態(tài)行為分為不聚結、聚結和聚結后破裂3種類型,電場和剪切場協(xié)同作用比單一場作用下的聚結效率提高63%~94%;電場頻率對聚結時間的影響呈“u”形;剪切強度越大,聚結效率提高,但剪切強度過高時液膜排液不充分而無法聚結;降低連續(xù)相的粘度能夠顯著減小阻礙液滴聚結的粘性拖拽力,提高聚結效率;電場的作用能夠改變界面張力對液滴聚結的影響規(guī)律;雙液滴的聚結時間與隨著ΔY/R呈指數(shù)函數(shù)關系,可以據(jù)此確定乳狀液中液滴快速聚結和有效聚結的臨界含水率。通過實驗研究與數(shù)值模擬的相互補充與比較合理指導靜電聚結分離設備的優(yōu)化設計與工作參數(shù)的優(yōu)選。
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【學位授予單位】：中國石油大學(華東)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE96

【引證文獻】

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1 吳宗強;電脫水流動評價裝置研制與應用[D];中國石油大學(華東);2016年

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本文編號：2467914