用于气—水—砂三相分离的水力旋流器的实验研究

论文题目: 用于气—水—砂三相分离的水力旋流器的实验研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 化工过程机械

作者: 郑娟

导师: 胡大鹏

关键词: 液固分离式旋流器,管柱式旋流器,三相分离,研制

文献来源: 大连理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着我国众多老油田含砂、含气的增多,原油除砂、除气迫在眉睫。本论文研制了一种用于气液固三相分离的水力旋流器,一次实现气-水-砂的三相分离;对液固分离水力旋流器进行单体及串联系统的性能测试,以有效的进行三相分离水力旋流器的砂库结构的改进;应用数值模拟的方法得到旋流器流场的基础信息。在两相流分离的理论模型与经验模型的基础上,本文设计旋流器的具体结构:入口为-27°的入口管,使得入口混合流成层流状念,入口扰动较小;入口喷嘴为矩形,能够最大程度降低入口能耗;柱段长度较长,实现气体带液和液体带气都很少;溢流管结构不插入旋流器顶部,消除短路流现象;20°锥角实现较大砂粒的分离,锥段底部侧壁开口,保证排砂顺畅;气体出口管和液体出口管保证出口气液流速不会过大。对此旋流器进行性能测试,从而得出结论:该旋流器可以有效的分离气液固三相组分;旋流器有效工作有最小压力和最大压力,以及最小流量和最大流量的要求;随流量增大,旋流器底流压差、溢流压差都增大;气液比越大,旋流器的能耗越多;但气液比增大,旋流器的压降比几乎不变;降低入口的流量和混合液的气液比是最可行的降低旋流器能耗的方法。通过液固分离用水力旋流器单体以及串联系统性能的测定,对旋流器串联系统进行整体评价。液固分离水力旋流器单体有最佳的工作范围、最小工作压力的要求,分离性能指标受入口混合物的物性的影响;小直径小锥角水力旋流器分离粒度小、处理量小、压降大、分流比大;大直径大锥角水力旋流器分离粒度大、处理量大、压降小、分流比小;串联旋流器系统操作压力大,单级效率并没有提高,二级旋流器由于扰动较大性能降低,出口能耗增多;根据串联系统的性能特点,分析得出结论:三相分离旋流器性能比旋流器串联系统性能更佳。本文对此三相分离旋流器以及液固分离旋流器进行数值模拟,得到单相流场的基本信息。流场信息与理论预测和实验结论吻合良好。

论文目录:

摘要

Abstract

引言

1 绪论

1．1 水力旋流器的前人研究情况

1．2 水力旋流器的理论发展

1．2．1 液固分离用水力旋流器的研究进展

1．2．2 气液分离用水力旋流器的研究发展

1．2．3 气液分离用水力旋流器的应用介绍

1．3 评价水力旋流器性能的重要工业指标

1．3．1 液固分离用水力旋流器的性能评价指标

1．3．2 气液分离用水力旋流器的性能评价指标

1．4 本课题的研究目的及其意义

2 水力旋流器的基本结构和分离原理

2．1 液固分离用水力旋流器的基本结构

2．2 气液分离用水力旋流器的基本结构

2．3 液固分离用水力旋流器的理论模型和经验模型

2．3．1 液固分离用水力旋流器理论模型

2．3．2 液固分离用水力旋流器经验数学模型

2．4 气液分离用水力旋流器的理论模型

2．4．1 气液分离用管柱式旋流器分离机理模型

2．5 旋流器的能耗原理

2．5．1 旋流器能量耗损理论体系

2．5．2 旋流器能耗降减理论体系

2．5．3 旋流器节能与强化分离性能的匹配优化

2．5．4 优化节能原则

3 三相分离水力旋流器的设计思想和具体结构

3．1 实验装置的设计思想

3．2 实验装置的结构设计过程

3．2．1 入口管的结构

3．2．2 柱体的结构

3．2．3 锥段的结构

3．2．4 砂库的结构

3．2．5 溢流管的结构

3．2．6 底流管的结构

3．3 实验装置的尺寸设计

3．3．1 旋流器的直径

3．3．2 柱体的长度

3．3．3 入口管、溢流管、底流管的直径

3．3．4 入口管的长度

3．3．5 锥段的锥角

3．3．6 入口相贯截面积

3．4 实验装置的设计数据汇总

3．5 实验装置结构图

3．6 小结

4 液固分离水力旋流器的性能测试

4．1 影响水力旋流器的性能的物性参数

4．2 影响水力旋流器的性能的操作参数

4．3 主要实验设备及仪器

4．4 实验流程

4．5 实验装置

4．6 具体实验步骤

4．6．1 清水的实验数据和分析

4．6．2 混合液实验数据和分析

4．7 液固分离旋流器实验小结

4．8 液固分离旋流器串联实验的改进效果

4．8．1 水力旋流器网络系统

4．8．2 水力旋流器串联系统

4．8．3 串联系统的实验

4．8．4 串联实验流程图

4．8．5 串联实验结论

4．9 旋流器单体性能和串联系统性能的比较

5 三相分离水力旋流器的性能测试

5．1 实验流程

5．2 主要实验设备及仪器

5．3 实验步骤

5．4 气液分离的具体实验

5．4．1 气液分离的最佳分离条件实验数据

5．4．2 气液分离的实验现象

5．4．3 气液分离实验的现象分析

5．4．4 气液分离实验数据结果及分析

5．5 气液分离实验小结

5．6 三相分离的实验

5．7 三相分离水力旋流器和串联系统实现三相分离的性能对比

5．8 小结

6 关于旋流器的数值模拟

6．1 湍流模型的选取与评述

6．1．1 湍流

6．1．2 湍流模型

6．1．3 湍流模型的比较

6．2 水力旋流器内流体流动的基本方程组

6．3 积分区域的离散化

6．3．1 矩形网格法

6．3．2 贴体坐标法

6．4 流体流动基本方程组的离散化

6．5 近壁面区域的处理和边界条件

6．6 SIMPLE算法

6．7 两相流及两相流模型

6．7．1 描述两相流的两种方法

6．7．2 两相流模型

6．8 旋流器的数值模拟尝试

6．8．1 网格划分系统

6．9 单相流模拟结果

6．10 液固分离旋流器的数值模拟尝试

结论

参考文献

附录A Bradlly2结构水力旋流器清水实验结果

附录B Bradlly2结构水力旋流器混合液实验结果

附录C 实验结论与理论模型比较的结果

附录D 实验装置结构图

致谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书

发布时间: 2005-05-13

参考文献

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用于气—水—砂三相分离的水力旋流器的实验研究

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