静电聚结分离器聚结和分离特性研究

发布时间：2019-04-28 19:48

【摘要】：静电聚结法能够对低含水原油进行有效地脱水处理,而且因其高效、节能、环保的特点,静电聚结法正受到越来越多的青睐。西方研究人员提出将液滴的静电聚结与重力沉降两个过程分开实施的原油电脱水方案,然而这种方式暴露出聚结后的乳状液因管路中弯头、阀门等处的剧烈剪切而发生二次乳化的问题。因此,本文将同轴圆柱绝缘电极和传统重力式分离器进行整合,设计出新型静电聚结分离器,设法避免液滴的二次乳化。本文对同轴圆柱绝缘电极进行了绝缘材料的筛选及绝缘结构的设计;阐述了静电聚结分离器的基本分离机制,基于Maxwell-Wagner模型从电介质极化的角度分析了同轴圆柱绝缘电极的电场-频率分布特性;设计并制造了静电聚结分离器室内样机;设计并搭建了静电聚结分离流动评价实验环道系统;采用Mixsim仿真软件对油水预混合搅拌器的结构参数进行了模拟优化;对实验介质的物性参数进行了测量;制备了4种含水率的油水乳状液。采用流动评价实验研究了电场强度、电场频率、乳状液流量以及乳状液含水率对静电聚结分离器液滴聚结及油水分离的影响特性。实验结果表明:高强电场能够促进液滴的快速聚结,但要避免电场强度过高引起的“电分散”现象;随着电场频率的增加,液滴聚结效率总体呈提高的趋势,但在100 Hz左右存在一个明显的拐点,且含水率越高,拐点频率越小;流量越大,电场作用时间越短,液滴聚结效率越低,但流量的增大能够促进液滴间的碰撞,提高聚结效率;含水率越大,电场作用后液滴粒径增大的倍数越高,且随着流量的增大,不同含水率的乳状液粒径增大的倍数趋于一致;极板电压和频率是决定静电聚结分离器能耗的关键因素,静电聚结分离器处理1m3乳状液所需的能耗仅为7.742×10-3~1.996 kW·h/m3,因此十分经济可靠。将静电聚结分离器聚结流道中的的层流简化为二维平面Couette流,采用相场(phase field)法,将电场和剪切场进行双向耦合,建立了电场和剪切场作用下双液滴运动、聚结的数值模型,通过数值模拟研究了双液滴的运动、聚结规律以及几何参数、电参数、流动参数、物性参数对双液滴聚结速率的影响。研究结果表明:该数值模型的可靠性通过微观样槽实验得到了验证;电场和剪切场协同作用下双液滴的动态行为分为不聚结、聚结和聚结后破裂3种类型,电场和剪切场协同作用比单一场作用下的聚结效率提高63%~94%;电场频率对聚结时间的影响呈“u”形;剪切强度越大,聚结效率提高,但剪切强度过高时液膜排液不充分而无法聚结;降低连续相的粘度能够显著减小阻碍液滴聚结的粘性拖拽力,提高聚结效率;电场的作用能够改变界面张力对液滴聚结的影响规律;双液滴的聚结时间与随着ΔY/R呈指数函数关系,可以据此确定乳状液中液滴快速聚结和有效聚结的临界含水率。通过实验研究与数值模拟的相互补充与比较合理指导静电聚结分离设备的优化设计与工作参数的优选。
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【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE96

【引证文献】