發(fā)布時(shí)間：2020-06-05 15:48

【摘要】： 近年來(lái),我國(guó)主力油田已進(jìn)入中、高含水開(kāi)采期,驅(qū)油方式已由原來(lái)的水驅(qū)向聚合物驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)發(fā)展。這些技術(shù)的應(yīng)用,在提高了原油采收率的同時(shí),給地面采出液的處理增加了難度。因而需要研究新的高效分離設(shè)備及高效處理工藝體系,以節(jié)省地面建設(shè)投資,改進(jìn)或簡(jiǎn)化油氣集輸工藝流程。旋流分離技術(shù)的應(yīng)用正滿(mǎn)足了這種形勢(shì)的需求。作為常規(guī)水驅(qū)采出液,靜態(tài)水力旋流器在預(yù)分離和污水處理方面都有完整的配套工藝,在實(shí)踐中均得到了一定的應(yīng)用。但作為聚驅(qū)采出液和三元復(fù)合驅(qū)采出液的處理,靜態(tài)水力旋流器就很難適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工況要求。動(dòng)態(tài)水力旋流器雖有高強(qiáng)度旋渦流的優(yōu)點(diǎn),但殼體的振動(dòng)是一個(gè)很難消除的因素,嚴(yán)重影響了分離效率的提高。 大慶石油學(xué)院旋流分離技術(shù)研究室在十幾年的研究工作基礎(chǔ)上,通過(guò)分析研究靜態(tài)和動(dòng)態(tài)水力旋流器的優(yōu)缺點(diǎn),力求尋找一種“取優(yōu)去劣”的動(dòng)靜復(fù)合結(jié)構(gòu),解決油田含聚污水的處理難題。復(fù)合式旋流器就是在這一背景下產(chǎn)生的。復(fù)合式水力旋流器是動(dòng)態(tài)水力旋流器和靜態(tài)水力旋流器的有機(jī)結(jié)合體,它一方面繼承了動(dòng)態(tài)水力旋流器高強(qiáng)度旋渦流的優(yōu)點(diǎn),可以通過(guò)高速的旋渦流把原本難于分離的油從大粘度混合液中分離出來(lái);另一方面它又繼承了靜態(tài)水力旋流器分離腔體不運(yùn)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn),減少了分離單體因殼體振動(dòng)而影響分離場(chǎng)、降低分離效率的問(wèn)題。 為使復(fù)合式水力旋流器盡快應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際,應(yīng)該深入掌握復(fù)合式水力旋流器的分離機(jī)理和分離特性。復(fù)合式水力旋流器的分離機(jī)理研究也就是旋流分離場(chǎng)的理論研究。復(fù)合式水旋流器的分離場(chǎng)主要由壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)構(gòu)成。在壓力場(chǎng)研究中,文中通過(guò)最大切向速度分界面把旋流區(qū)域劃分成兩個(gè)渦區(qū),即半自由渦區(qū)和強(qiáng)制渦區(qū),然后在兩個(gè)渦區(qū)內(nèi)分別分析了壓力分布和壓力損失的變化關(guān)系。利用半自由渦和強(qiáng)制渦內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方程與壓力梯度方程建立的方程組,結(jié)合復(fù)合式水力旋流器特定的邊界條件,在積分常數(shù)確定后,最終解出了兩個(gè)渦區(qū)內(nèi)的壓力分布解析式和壓力損失解析式。 為進(jìn)一步確定復(fù)合式水力旋流器單體的生產(chǎn)能力,通過(guò)復(fù)合式水力旋流器的壓力降函數(shù),結(jié)合前期研究的流量與旋轉(zhuǎn)柵直徑、旋轉(zhuǎn)柵角速度的關(guān)系式,推導(dǎo)出了復(fù)合式水力旋流器的生產(chǎn)能力方程,即單體處理量與旋轉(zhuǎn)柵大徑、壓力降、溢流口直徑的解析關(guān)系式,這為生產(chǎn)中操作參數(shù)的調(diào)定提供了依據(jù)。復(fù)合式水力旋流器在動(dòng)靜結(jié)構(gòu)復(fù)合中的關(guān)鍵部件是旋轉(zhuǎn)柵,它一方面是旋流場(chǎng)的直接成因,另一方面是獲得高分離效率的關(guān)鍵因素之一。因此復(fù)合式水力旋流器的優(yōu)化設(shè)計(jì),主要表現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)柵結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)上。前期的研究結(jié)果表明,螺旋柵明顯優(yōu)于直體柵,但螺旋柵的螺旋升角到底多大是這次優(yōu)化設(shè)計(jì)的任務(wù)�？紤]到目標(biāo)函數(shù)建立上的困難以及現(xiàn)有仿真軟件的高可靠性,本次優(yōu)化設(shè)計(jì)采用了分散參數(shù)優(yōu)化法。通過(guò)“FLUENT”軟件的模擬仿真,最終確定了合理的柵體升角。 為了穩(wěn)定流體在單體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),即穩(wěn)定流場(chǎng),復(fù)合式水力旋流器分離單體的主體分離段內(nèi)錐腔的高次曲線(xiàn)光整設(shè)計(jì)是非常必要的。文中詳細(xì)介紹了基于標(biāo)準(zhǔn)Thew式結(jié)構(gòu)單體在三次曲線(xiàn)光整設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)依據(jù)和設(shè)計(jì)方法。另一方面,文中對(duì)復(fù)合式水力旋流器溢流口的結(jié)構(gòu)形式作了研究。 復(fù)合式水力旋流器的能耗主要包括壓力損失、局部壓力損失、粘滯損失、空氣柱和出口能量損失等幾個(gè)方面,文中分析了各種損失的成因及確定方法。 同時(shí),在室內(nèi)完成了模擬數(shù)據(jù)與樣機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比工作和相關(guān)實(shí)驗(yàn)任務(wù),以驗(yàn)證模擬仿真的可行性與相關(guān)理論推導(dǎo)關(guān)系式的合理性。 最后,研究了樣機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)工況條件下的試驗(yàn)情況。
【圖文】：

圖 0.1 動(dòng)態(tài)水力旋流器結(jié)構(gòu)圖Fig. 0.1 Structural sketch of dynamic hydrocyclone三、復(fù)合式水力旋流器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理復(fù)合式水力旋流器的結(jié)構(gòu)如圖 0.2 所示。從圖中可以看出，復(fù)合式水力旋流器是一種動(dòng)態(tài)流體驅(qū)動(dòng)頭與靜態(tài)分離單體的有機(jī)復(fù)合體。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)不是旋流器兩種結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單對(duì)接，而是互相適用，互相補(bǔ)充。首先，它不像動(dòng)態(tài)水力旋流器那樣有一根較長(zhǎng)的轉(zhuǎn)筒，因此主支承可以采用單支承結(jié)構(gòu)，，消除了動(dòng)態(tài)水力旋流器長(zhǎng)距離、雙支承、不同心造成的旋轉(zhuǎn)體振動(dòng)問(wèn)題。為了使后續(xù)分離單體流場(chǎng)穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)的旋轉(zhuǎn)柵直徑與靜態(tài)單體的旋流腔直徑相同。另一方面，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)柵轉(zhuǎn)動(dòng)的軸是空心的，因?yàn)殪o態(tài)分離單體在油水混合液分離過(guò)程中產(chǎn)生的油核要沿中心向大錐段方向排出，這完全不同于動(dòng)態(tài)水力旋流器。動(dòng)態(tài)水力旋流器產(chǎn)生的油核沿中心向尾部移動(dòng)，即向靜態(tài)分離單體的底流口方向移動(dòng)。這一空心驅(qū)動(dòng)軸就是復(fù)合式水力旋流器靜態(tài)分離單體分離出來(lái)的輕質(zhì)相排出通道。

圖 1.1 渦域分布圖Fig.1.1 Distribution sketch of vortex areas半自由渦的壓力降在最大切向速度軌跡面上出現(xiàn)最大值。這個(gè)壓力降與壓頭損水力旋流器工作過(guò)程中的實(shí)際能量消耗。在半自由渦域，切向速度可用式（1-1==nnuruRθθωconst （1中n——指數(shù)（當(dāng) n=1 時(shí)，自由渦運(yùn)動(dòng)；當(dāng) n= -1 時(shí)強(qiáng)制渦運(yùn)動(dòng)；當(dāng) n<1 時(shí)半自由uθω——旋流器內(nèi)壁處（r=R）流體的切向速度，m/s；R——某截面水力旋流器器壁半徑，m。式（1-1）代入旋轉(zhuǎn)流體的壓力梯度方程[33]（能量方程）rudrdpm2θ=ρ
【學(xué)位授予單位】：大慶石油學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類(lèi)號(hào)】：X741

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 欒一剛;軸流旋風(fēng)分離器數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2698265