气旋浮装置(或紧凑型气浮装置，Compact Flotation Unit, CFU)因具有分离效率较高、结构紧凑(水力停留时间可控制在1~3min左右)等优势，近十多年内得到了国内外高度关注，并在海上油田采出水处理中广泛应用。但最具代表性的EPCON CFU存在旋流强度衰减程度过大和微气泡利用不够充分等不足，为此美国Schlumberger公司在其基础上研发了Dual CFU（如图1所示），通过在罐体内部中下区域设置二次旋流强化用导流片，有效强化了气旋浮罐内处理水的旋流分离过程，使紧凑性和分离效率等方面得到了大幅度提升。

图1  DUAL CFU分离原理示意图

本团队自主设计了BIPT DUAL CFU，利用响应曲面法（RSM）和计算流体动力学（CFD）数值模拟方法对罐体内部二次旋流强化用导流叶片等关键结构进行了参数优选，并基于对罐体内部速度场、旋流场等流场分布特性的研究，讨论分析二次旋流强化作用对油水运移分离过程的影响规律。

1 BIPT DUAL CFU结构展示与模型建立

1.1 结构展示

图2  BIPT DUAL CFU罐体内部结构示意图

1.2 仿真模型建立

(a) 数值模拟物理模型        (b) 数值模拟网格划分

图3  建立的BIPT DUAL CFU数值模拟仿真模型

2 结果分析与讨论

2.1 BIPT DUAL CFU罐体内部流场分布特性

(a) 一级分离区内水平截面切向速度分布

(b) 切向入口处水平截面切向速度分布

(c) 一级分离区出口水平截面切向速度分布

(d) 二级分离区水平截面切向速度分布

图4  BIPT DUAL CFU罐体内部不同功能区截面流场分布特性

(a) 切向入口处水平截面旋流强度分布

(b) 二级分离区水平截面旋流强度分布

图5  BIPT DUAL CFU罐体内部不同功能区截面处旋流强度特性

2.2 BIPT DUAL CFU分离特性分析

(a) 一级分离区内水平截面含油浓度分布

(b) 切向入口处水平截面含油浓度分布

(c) 一级分离区出口水平截面含油浓度分布

(d) 二级分离区水平截面含油浓度分布

图6  不同功能区截面处含油浓度分布特性

2.3 BIPT DUAL CFU分离性能实验

在室内配制模拟含油污水，实验对比研究了常规BIPT CFU和BIPT DUAL CFU的分离效率。气旋浮装置室内除油实验的工艺流程如图7所示，所配制含油污水中油滴群的平均粒径为27μm，明显小于油田含油污水，分离难度高于现场条件，不添加任何化学药剂。实验结果表明，BIPT DUAL CFU的分离效率较常规BIPT CFU提高了10%。

图7  气旋浮装置室内实验的工艺流程图

3.结论

（1）利用响应曲面法和CFD数值模拟方法等手段对BIPT DUAL CFU罐体内部导流叶片等关键参数进行了优化设计研究，优化模型因噪声干扰而失真的概率仅为0.01%，油水分离效率为94.5%，较常规BIPT CFU提高了10%左右。

（2）在二级分离区的相应区域内，常规BIPT CFU罐体内部流体切向速度最大值降低约94.9%，旋流强度已几乎衰减为零；BIPT DUAL CFU罐体内部流体切向速度最大值降低了约84.0%，可见采用二级旋流强化结构可以有效提高罐体内部的旋流强度。

（3）二次导流叶片不仅可以强化二级分离区内的旋流强度，还有利于提升一级分离区内旋流分离效果。实验结果表明BIPT DUAL CFU的分离效率较常规BIPT CFU提高了10%。

 

相关链接：https://kns.cnki.net/KCMS/detail/11.5591.x.20191125.1655.012.html

全文下载：蔡小垒，陈家庆，刘英凡，王胜，丁国栋，安杉．二次旋流强化型气旋浮技术的分离特性．环境工程学报，网络首发时间：2019-11-26 13:24:47

特别附录：七律一首·疫情记事

 

七律一首·战疫情

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