本团队自2004年开始关注研究离心分离技术或超重力分离技术，围绕“流旋”和“器旋”两大类超重力分离设备开展了较为系统的理论和实验研究，成功推出了轴向入口水力旋流器、旋流分离预脱水器、混合流入口水力旋流器、气泡强化型柱状水力旋流器、轴向涡流分离器、固体涡分离器、管式旋流气液分离器等。

　　1.“流旋”类离心分离设备

　　（1）轴向入口水力旋流器（含旋流分离预脱水器）

　　轴向入口水力旋流器也被称为导流式水力旋流器、导叶式水力旋流器、导流叶片型水力旋流器，主要由起旋叶片和分离机筒两部分组成，工业用分离机筒一般为双锥形(大锥角+小锥角圆台相结合)，起旋叶片安装在中心开有排油口的柱锥组合形导流体上。与常规切向入口水力旋流相比较而言，轴向入口水力旋流器的分离效率更高，且压力损失较低，因此可以代替常规水力旋流器用于高含水油井采出液的预分水、含油污水的除油净化处理等场合。工作时，油水混合物沿轴向入口进入，在起旋叶片引导下形成旋流、产生离心力，密度不同的油、水两相在离心力作用下分别向着旋流的中心和外部管壁运动，油相在旋流的中心形成“油核”，并因中心压强的降低而形成反向旋流，然后从起旋叶片中心孔处的出油口排出；外部的水相随着旋流向前运动，自旋流器底部的出水口排出，从而实现油水分离。

　　轴向入口旋流分离预脱水器属于轴向入口水力旋流分离器中按照用途划分类型中的一种，主要用于高含水油井采出液的预分水，以减轻后续处理设备的负荷。从结构上来看，单体结构的轴向入口旋流分离预脱水器主要由静态起旋叶片、分离段机筒、溢流口和底流口管等组成，进入脱水器的采出液在导流叶片作用下，将势能转变为流体旋转动能，进而形成高强度离心力场(约1000个重力加速度)。本团队结合高含水油井采出液的预脱水工况，通过理论计算、计算流体动力学（CFD）数值模拟和结构优化等方法，建立了轴向入口旋流分离预脱水器的完整设计方法和理论分析模型，具备了产品系列化设计能力。搭建了旋流分离预脱水器室内性能测试评估实验平台，室内测试结果表明，当入口油水混合液的含水量不大于60%、分水率不小于50%时，底流口出水的含油量不高于1000mg/L。

　　（2）混合流入口水力旋流器

　　混合流入口水力旋流器由起旋叶片和机筒两部分组成，与轴向入口水力旋流器相同，分离机筒大多采用双锥形（大锥角+小锥角圆台相结合），起旋叶片安装在中心开有排油口的柱锥组合形导流体上。油水混合液自径向进入水力旋流器后，在径向流速和起旋叶片引导的双重作用下形成旋流、产生离心力场，用以完成油水离心分离。团队自主研发的混合流入口水力旋流器适用于污水除油，对三相分离器出水进行预处理。室内实验表明，当来液含油量不大于2000mg/L、分流比为9%时，水出口含油量低于250mg/L；且分离过程造成的压降较常规切向入口水力旋流器和轴向入口水力旋流器低，最优工况下的压力损失不大于0.1MPa。

　　（3）气泡强化型柱状水力旋流器

　　气泡强化型柱状水力旋流器的分离机筒为圆柱形，不仅结构简单，而且具有单体处理量大的优势；与常规水力旋流器相比，结构更加紧凑且分离性能高，可以代替常规水力旋流器应用与电脱盐切水、油田生产水等预处理工艺中。BIPTASH型气泡强化型柱状水力旋流器为团队自主研发的一款气浮与强旋流耦合的旋流分离器，由切向入口、柱状分离段机筒、溢流口和底流口等组成，采用先注气后旋流，避免了采用壁面注气导致大处理量设计困难的弊端。工作时，注入了大量微细气泡的含油污水自切向入口进入柱状分离段机筒，在机筒壁面约束作用下将势能转变为流体旋转动能，形成离心力场，进而实现强旋流状态下的离心气浮选过程。CFD数值模拟研究表明，当来液含油量不大于1000mg/L、油滴粒径50μm、单机筒处理量4~10m³/h、分流比10%时，分离效率保持在90%以上，在相同工况下的分离性能优于意大利Saipem公司设计的3C型旋流器。

　　（4）旋流气液分离器

　　本团队采用“水平结构”和“竖直结构”串联，利用“强旋流”和“弱旋流+重力”相结合的方式，充分利用水平式旋流分离器和竖直式旋流分离器的优点，提出了一种能够适应含气率大范围变化工况的新型管式旋流气液分离器。通过对颗粒在旋流场中的运动分析建立了新型管式旋流气液分离器设计方法；基于可视化实验+数字图像处理方法，搭建了管式旋流气液分离器分离性能测试评价平台，建立了管式旋流气液分离器内部形态和分离性能实验研究方法；采用CFD数值模拟方法揭示了管式旋流气液分离器内部气液形态分布特性以及分流比和入口含气率对气液形态的影响规律。基于上述研究，建立了新型管式旋流气液分离器的完整设计方法理论分析模型，具备了产品系列化设计能力。室内测试结果表明，当气液比在10%~90%范围变化时，可同时满足气体出口含液率<2%~5%、液体出口含气含气率<5%~10%。>

　　2.“器旋”类离心分离设备

　　（1）低剪切动态旋流分离器

　　BIPTTDCS-I型低压损管式动态分离器由叶栅、轮毂、旋流增强锥、静止分离机筒以及涡控制台等组成，整体呈管式结构，叶栅焊接在较短的圆柱状转鼓上。工作过程中，电动机驱动转鼓和焊接在其上的叶栅旋转。油水混合物自左侧进入分离器，旋转叶栅一方面驱动流体产生推流作用，同时带动流体产生高速旋转；叶栅的推流作用可以抵消分离过程中的部分压力损失，进而实现低压损、甚至负压损的分离作业。自叶栅出口排出的高速旋转流体，经旋流增强锥增强后在静止的分离机筒内进行油水分离，在强大的离心力(离心力加速度约1000g)作用下，密度较小的油相向中心汇聚，并从油出口排出，外环的水相自水出口排出。排油管安装在入口侧，分离出的油相逆流排出。

　　团队自主研发的BIPTTDCS-I型低压损管式旋流分离器能有效降低分散相液滴剪切/湍流破碎的概率，分离效率高且无压力损失，可以应用在水面溢油回收中高含水回收溢油离岸高效分离、油井采出液预分水、油井采出液油/水/气三相分离、油井采出液油/水/固三相分离、油井采出水除油净化、轮船压舱水除油净化、电脱盐切水除油等。BIPTTDCS-I型低压损管式旋流分离器已经在中原油田、QHD32-6海上平台、LH11-1海上平台和涠洲PUQB海上平台进行了现场测试试验。现场测试结果表明，当油水两相密度差不小于70kg/m³、当入口污水含油量为100-300mg/L时，水出口含油量可控制在10-40mg/L之间，平均含油量为20mg/L。

　　（2）低剪切涡分离器

　　低剪切涡分离器团队是依据液滴破碎和聚结机理自主研制的一款低剪切、高效离心分离器，由外机筒、溢流堰、入口调整管、转鼓、隔板、预旋叶片、中心轴等组成。工作时，自顶部流入的待分离混合液经导流叶片形成涡流后进入扇形分离区，并严格按照强制涡规律旋转，因此分离区无剪应力，可以有效的防止分离过程中轻相油滴破碎而造成的油水进一步乳化。该型分离器可用于溢油回收油物就地分离、易乳化含油污水处理等；为适用溢油回收过程中回收油含水量的变化，油相出口处设计有控制水、油两相界面的溢流堰。室内实验表明：低剪切涡分离器具有分离效率高、分离过程无分散相液滴破碎等优点；对于非乳化的含油污水，当入口含油量低于1000mg/L时，水出口含油量可降低到15mg/L以下。

　　（3）立管式离心分离机

　　立管式离心分离机是团队依据液滴破碎和聚结机理自主研制的一款低剪切、高效离心分离器。主要由电机、驱动轴、叶栅、转筒、外机筒等组成。工作时，待分离混合液沿着切向入口进入转筒，转筒由叶栅分割成四个独立腔体，由于叶栅的存在，采出液被迅速加速到转筒转速，并严格按照强制涡规律旋转，因此分离区无剪切应力，可以有效的防止分离过程中轻相油滴破碎而造成的油水进一步乳化。由于离心力的作用，重相逐渐移动到转筒的外缘，最后汇集到转筒壁面处，轻相被挤到转筒内侧，汇集到驱动轴壁面处，在自下而上的流动过程中轻重两相逐渐分离。分层后的轻重两相从各自的出口环形区流出。该型分离器可用于采出液油水分离和易乳化含油污水处理等，数值模拟表明管式离心分离器具有分离效率高、分离过程无分散相液滴破碎等优点；对于含油20%的油水混合液，分离效率可达99.9%，水出口含油量低于80ppm。

　　（4）碟式离心机

　　碟式离心机的分离因数一般大于3500，用于高度分散相物系的分离，如重度近似于液体的乳浊液和微细悬浮物。工作时，物料经进料管沿转鼓中心进入分配器，通过分配器孔进入碟片，液体以薄层在碟片间沿径向流动，轻相流向转鼓中心经轻相流道由轻液回收泵排出，重相流向转鼓壁经重相流道由重液向心泵排出，沉渣沉积在转鼓壁上经活塞排渣间歇排出。碟式离心机不仅用于陆上或海上油田的原油脱水和污水除油，还可应用于油品集输用户消费的末端环节，如海上舰载机燃料的深度脱水处理等尖端场合。

　　本团队2015年左右在北京市教委科技发展计划面上项目的支持下，以德国GEA Westfalia公司所生产的碟式离心机为原型，进行了机体内全尺寸油水两相分离计算流体动力学（CFD）数值模拟，分析了内部多相分离流场细节及特征，研究了入口流速、碟片与转鼓转速及油相粒径对碟式离心机分离效率的影响。

　　3.科研项目及工程应用

　　自2010年以来，本研究团队在中原油田勘察设计院委托项目、北京市属高校长城学者培养计划项目、北京市新世纪百千万人才工程项目、中海油研究总院有限责任公司委托技术服务项目、北京市教育委员会科技发展计划项目等资助下，重点围绕油水两相离心分离设备开展了卓有成效的理论分析、实验研究和PDA流场测试，建立了相关分离器的设计方法，形成了相关分离器的测试评价手段，搭建了相关分离器的测试评估平台，为即将开展的现场工程应用奠定了坚实基础。

项目名称	时间	项目类型
轴向涡流三相分离装置研发	2010年1月 ～ 2011年7月	中石化中原石油勘探局勘察设计研究院2010年度技术开发(合作)项目（项目编号：Z04SJ-2010-ZS-0026）
高效原油处理技术研究	2017年01月 ～ 2020年6月	国家科技重大专项课题子课题（编号：2017ZX05032-005-002）
原油电脱盐污水预处理用气泡增强型轴向入口旋流分离技术研究	2016年12月 ～ 2017年12月	2016年北京市百千万人才工程培养经费资助项目（B类）
高含水油井产出液预脱水用内联紧凑型分离技术的机理与特性研究	2015年01月 ～ 2016年12月	北京市教委科技发展计划面上项目（项目编号：KM201510017008）
多相分离碟式离心机结构设计及复杂流场动态特性研究	2016年01月 ～ 2019年12月	北京市教委科技发展计划项目(KM201610017001)
油水快速分离净化达标一体化工艺装备研制	2022年01月～2024年12月	中国石油化工股份有限公司科研项目（项目编号：322035）
管式动态涡流分离器试制与高效净化构件测试加工	2022年10月 ～ 2025年12月	中海石油（中国）有限公司北京研究中心科研项目（合同编号：CCL2022RCPS0394RSN）