含聚结构件油水分离器性能研究
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取决于容器的几何尺寸和其在液滴捕获与聚结过程中生成大液滴的能力[7]。
2.2 聚结机理
液滴聚结是实现三相分离的重要机理，从式(1)可以看出液滴的沉降速度和液滴粒径的平方呈正比关
系。液滴聚结后，粒径变大，更有利于分散相从连续相中分离。采用聚结构件时，在曲折流道内液滴碰
撞几率增加，更容易聚结成大颗粒液滴。当流体流经聚结板时，其中小液滴与聚结板没有发生碰撞直接
降影响很大，应根据工况和处理条件进行合理选择。
关键词：重力分离，聚结构件，分离特性，聚结，粒径
中图分类号：TE 931.207
文献标识码：A
Separating Behavior with Coalescence Internals in Separator
ZHANG Li-ming1, HE Li-min1, WANG Tao2, LÜ Yu-ling1, HE Zhao-yang1 (1. College of Transport & Storage and Civil Engineering, China University of Petroleum, Dongying 257061
6. settlement chamber
7. oil chamber
10. oil water outlet
11. notch plate
6
7
11
9
10
4. water wash chamber 8. gas outlet 12. sample outlet
第 23 卷第 2 期
张黎明等：含聚结构件油水分离器性能研究
过测量不同流速和工况条件下四种聚结板对油水乳状液的粒径质量分离效率，研究分离器性能。结果表明，倒 T 型入
口构件可有效减少分离器流场中的回流和二次涡流，还引入了重力消能和水洗作用。聚结板可显著提高油水分离效率，
在流量较大的时候，聚结板分离效果下降，出现对粒径选择性的单一分离作用。聚结板的结构和材质对液滴的聚结沉
3 室内实验
3.1 实验装置
实验所用分离器剖面图如图 1 所示，分离器的轴向筒长为 1800 毫米(不包括左右两个球形封头)，内 径为 384 mm，壁厚 20 mm。其工作原理是：气液混合物首先进入气体预分离室 1，利用离心分离和重力 作用分离出绝大部分气体后，液体经过一个倒“T”型的导管 2 进入六个平行的布液管 3。在布液管的上、 下部开有小孔，这样来流液体均匀上升进入水洗室 4 水洗破乳，然后进入油水分离室 5 缓冲、整流和聚 结；分离器顶部气体与预分离室分出的绝大部分气体一起经过气体出口 8 流出分离器。上部油漫过堰板
逃逸出聚结构件，而大一点的液滴被聚结板捕获，与其他碰撞到聚结板的液滴发生聚结变成大颗粒的液
滴，最后液滴聚结到足够大并沉降分离出来。液滴捕获与液滴聚结是一个连续的过程，都为液滴的 Stockes
沉降制造。在分离器体积一定的情况下，采用合适的聚结构件能充分利用流道和流速对液滴聚结效率进
行控制，从而提高油水分离的效果。
采用惯性或离心的方式，实现一定程度上的预分离[2]。聚结填料技术则利用多孔曲折流道增加液滴聚结 的机会，有效提高分离效率[3]。整流构件可使流体经过整流后平稳的进入分离器内部。捕雾器构件可将 大部分气体中夹带着的小颗粒液滴除去，使分离器稳定运行[4]。上述技术近年来得到了广泛应用，将其 组合使用于分离器，可大幅提高其性能[5]。
第 23 卷第 2 期 2009 年 4 月
高校化学工程学报 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities
文章编号：1003-9015(2009)02-0345-06
含聚结构件油水分离器性能研究
No.2 Vol.23 Apr. 2009
a
b
c
图 2 聚结构件
Fig.2 Coalescence internals
a. inlet internal b. interleaving strap corrugation internal c. reverse parallel corrugation internal
d d. parallel corrugation internal
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11 进入油室 7；水从底部经水出口 9 排出。该分离器有如下特点：(1)分离器的材质是透明的有机玻璃。 可以方便的观察和手动调节油水界面的液位，并且能够直观地观察到油滴的聚结浮升和水滴的沉降过程； (2)气液预分离技术。在气液混合物进入分离器筒体前能够预先分离出 96%以上的气体；(3)在油水分离室 5 和沉降室 6 处有两组各三个取样口，在两组取样口中间可以放置不同类型的聚结构件。这样从上而下 分析三个高度处的含水量、含油量；从左至右分析经过聚结构件前后含油浓度的变化，从而测试聚结板 的聚结效果。 3.2 实验内容
张黎明 1, 何利民 1, 王 涛 2, 吕宇玲 1, 何兆洋 1 (1.中国石油大学 储运与建筑工程学院, 山东 东营 257061； 2.中国海洋石油研究中心, 北京 100027)
摘 要：由沉降和聚结机理可知选取适当的聚结构件可增加油水乳状液的粒径，加快沉降速度，从而提高分离器性能。
今设计了一种含聚结构件的分离器，在长为 1800 mm，内径为 384 mm 的重力式分离器内安装入口构件和聚结板，通
1前 言
目前大部分油田油井中采出的原油含水量过高，总采出液量成倍增长，原油处理成本居高不下，同 时高粘稠油的开采也造成原油乳化严重很难分离，现有仅靠重力作用对油水进行分离处理的设备已经无 法满足实际需求，必须对其进行改造以适应生产要求[1]。有研究表明在分离器内部添加入口构件，一方 面可吸收进入设备的高速液流的动能，减小来流对设备分离流场的冲击，还可根据来流速度较高的特点，
2 理论研究
2.1 沉降机理
分散相在连续相中的 Stokes 重力沉降速度为：
W
=
d
2 d
g
(
ρd
− ρc )
(1)
18μc
应该注意的是，使用 Stokes 沉降的前提条件是流动必须为层流或者流线状流动，紊流会导致流体返
混[6]。为了保证液滴分离和流动为层流状态，大体积的容器和长时间的沉降是必要条件。分离程度主要
收稿日期：2007-12-07；修订日期：2008-05-03。 基金项目：国家 863 项目(2006AA09Z302)。 作者简介：张黎明(1982-)，女，山东东营市人，中国石油大学博士生。通讯联系人：张黎明，E-mail：zlm0311@
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高校化学工程学报
2009 年 4 月
China 2. Technology Research Dept. CNOOC Research, Beijing 100027, China)
Abstract: As known from the mechanism of settlement and coalescence, the emulsion particle size in the separator can be increased and the separation performance can be enhanced by installing suitable coalescence internals in the separator. A separator with coalescence internals was developed by installing inlet internal and coalescence plates in a gravitation separator with 1800 mm in length and 384 mm in diameter. Experiments on the separation behavior of the developed separator installed with a T type entrance internal and four different kinds of coalescence plates, respectively, were carried out by measuring the mass separation efficiencies of different droplet sizes under different flow rates and operation conditions. The results show that the inverted T type entrance internal can effectively reduce the occurrence of circumfluence and quadric vortex in the flow field of the separator, and it can also induct the dissipation of the intake gravitation energy and the bathing effect for the intake oil-water emulsion. The installation of coalescence internals can increase the separation efficiency remarkably; however, when the flow rate is comparatively high, the separation efficiency of the coalescence plates declines and the particles can be separated by it will be restricted only in a narrow diameter range. The configuration and material of the coalescence plates must be properly chosen according to the operation conditions, since they have great influence on the settlement of the particles. Key words: gravitational separation; coalescence internals; separating behavior; coalescence; particle size
