液-液水力旋流器压降比特性

　　0　引言

　　水力旋流器的压降比(pr)是指水力旋流器入口和底流口之间的压力降与入口和溢流口之间压力降的比值,是间接与压力降和压力联系的重要参数[1].对固-液分离水力旋流器,可通过增大入口压力提高旋流分离效率;对液-液分离水力旋流器,入口压力过高则入口速度过快,液滴(如油滴)被破碎,增大分离难度.另外,对油田产出液进行油水分离时,来液压力有时较低,应减少液-液水力旋流器本身的能量损失,其溢流口剩余压力应保证污油的排出,同时,水力旋流器底流口还要有一定的压力.以主直径35 mm的液-液水力旋流器作为样机,其中溢流口直径、小锥角和大锥角为可变结构参数,分析压降比及其影响的主要因素.

　　1　给定结构参数样机的压降比与相关参数的关系

　　1.1　压降比pr与入口总流量Qi的关系

　　当溢流口直径Du及分流比F(F=Qu/Qi,即溢流口流量与入口总流量的比值)不变时(Du=4 mm,F=5.0%),pr与Qi的关系数据可拟合为

　　其拟合误差为3.0%.

　　由式(1)可知,拟合直线的斜率为0.008,即当Qi改变时,旋流器的pr基本不变.入口流量Qi不变,水力旋流器的Δpd(入口与底流口的压力差)亦不变[2],根据给定的Qi,pi(入口压力)及特定水力旋流器在此F和Du时的pr,计算pu(溢流口压力),以估计溢流口剩余压力.

　　1.2　压降比pr与分流比F的关系

　　当溢流口直径Du不变时,压降比pr与分流比F的关系数据可拟合为

　　其拟合误差为0.9%.

　　由式(2)可知,在结构参数不变时,水力旋流器的压降比随分流比的增加而增加.这是因为要增大分流比,必须开启溢流管路上的阀门,导致溢流压力下降,溢流压差上升,压降比增大,不利于水力旋流器溢流口污油的排出.

　　2　变结构参数样机的压降比与结构参数的关系

　　2.1　压降比pr与溢流口直径Du的关系

　　当分流比不变时,压降比pr与溢流口直径Du的关系数据可拟合为

　　由式(3)可知,当分流比不变时,压降比随溢流口直径的加大而降低.可调节溢流口直径降低分流比,提高溢流口压力,以利于排出污油.

　　对于不同质量浓度混合液的液-液分离,可以通过改变分流比适应质量浓度的变化,同时改变溢流口直径调节压降比.

　　2.2　小锥角对压降比的影响

　　大锥角α为20.0°,小锥角α分别为1.5°,2.0°,2.5°时水力旋流器的压降比-分流比实验数据曲线见图1.从图1可以看出,小锥角对曲线的起点位置影响较大,小锥角越大,起点位置越向右移,即压降比增大.但3条曲线的斜率基本相同.

　　当小锥角变大时,溢流和底流压力降增加,如果入口压力一定,则溢流压力和底流压力降低;由于压降比变大,溢流压力降增大得更多,溢流压力降得很低[3].在现场实际生产工艺中,必须保持一定的溢流和底流压力,因此,当小锥角变大时,入口压力提高导致系统压力提高.