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文丘里串联结构气泡发生器气液混合和发泡特性试验

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环境工程技术学报 2022年第4期12卷 1350-1358页

作者：郭云霞蔡小垒李爽邢宇涵北京石油化工学院机械工程学院深水油气管线关键技术与装备北京市重点实验室

高效紧凑型微细气泡发生技术和粒径调控技术是微细气泡技术大规模工业应用的前提和基础。通过CFD数值模拟手段和试验测试手段测试两级文丘里串联结构气泡发生器内气液两相混合发泡特性,并利用响应曲面法对关键结构参数进行了优化设计和... 详细信息

高效紧凑型微细气泡发生技术和粒径调控技术是微细气泡技术大规模工业应用的前提和基础。通过CFD数值模拟手段和试验测试手段测试两级文丘里串联结构气泡发生器内气液两相混合发泡特性,并利用响应曲面法对关键结构参数进行了优化设计和交互影响分析。结果表明:对两级文丘里串联结构气泡发生器成泡粒径影响最大的参数主要是二级喉管管径,其次为一级喉管管径和二级扩张角,一级扩张角的影响最小。相同工况条件下,单级文丘里管气泡发生器所生成的气泡群中位粒径为543.64μm,粒径小于100μm的微细气泡数量占比为8.6%;两级文丘里管串联气泡发生器所生成的气泡中位粒径为515.99μm,微细气泡数量占比提升至12.1%。因此,可以通过控制水流流量和改变文丘里串联数量实现气泡粒径从毫米级别到微米级别的调控。

关键词：微细气泡文丘里 CFD数值模拟响应曲面法气泡特性

立式气旋浮装置处理油田采出水的现场实验与应用改进措施

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石油学报（石油加工） 2022年第6期38卷 1493-1505页

作者：丁国栋陈家庆蔡小垒姬宜朋尚超张明王春升关顺北京石油化工学院机械工程学院北京102617 深水油气管线关键技术与装备北京市重点实验室北京102617 中海油研究总院有限责任公司北京100027

立式气旋浮装置凭借其紧凑、高效的特点在海上油田采出水处理领域得到了广泛应用,但国内围绕该技术的自主研发起步相对较晚,目前仍未推出具有完全自主知识产权的高性能系列化产品。基于自主设计研发的BIPTCFU-Ⅲ-120型立式气旋浮装置工... 详细信息

立式气旋浮装置凭借其紧凑、高效的特点在海上油田采出水处理领域得到了广泛应用,但国内围绕该技术的自主研发起步相对较晚,目前仍未推出具有完全自主知识产权的高性能系列化产品。基于自主设计研发的BIPTCFU-Ⅲ-120型立式气旋浮装置工业样机,在南海流花11-1油田的“南海胜利号”FPSO开展了现场实验研究。单因素变化运行结果表明,除油率受分流比、微气泡发生器与气旋浮罐间压差及进水流量变化的影响显著,受注气比、回流比变化的影响较小。稳定运行结果表明,当入口水含油质量浓度在240~400 mg/L之间时,优选组合操作参数下的除油率平均可达85%以上(最高可达91.8%),水出口含油质量浓度可降低到50 mg/L以下。结合工业样机现场实验结果,从工艺流程简化、微细气泡发生、立式罐体结构优化等角度进行了分析探讨,以促进相关技术的国产化进程及推广应用。

关键词：气旋浮装置采出水处理除油率微气泡发生器结构设计分流比

T型管内油水分离特性的CFD-PBM数值模拟

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化工学报 2017年第4期68卷 1326-1335页

作者：安杉陈家庆蔡小垒王强强孟迪邵天泽北京化工大学机电工程学院北京100029 北京石油化工学院机械工程学院北京102617 中海石油环保服务(天津)有限公司天津300456

目前关于T型管内油水分离特性的数值模拟大多采用Euler-Euler多相流模型,考虑管内油滴粒径分布及其对油水分离特性影响的研究工作尚未见报道。对T型管内的油水两相流动情况和分离特性进行了CFD-PBM数值模拟,并进行了室内实验以验证模拟... 详细信息

目前关于T型管内油水分离特性的数值模拟大多采用Euler-Euler多相流模型,考虑管内油滴粒径分布及其对油水分离特性影响的研究工作尚未见报道。对T型管内的油水两相流动情况和分离特性进行了CFD-PBM数值模拟,并进行了室内实验以验证模拟结果的准确性。结果表明,T型管内油滴粒径随流体流动方向具有逐渐增大的趋势;增大来液中的油滴粒径分布可以有效提高油水分离效率,反之当来液中的油滴粒径较小时,油水两相在T型管内不易分离,相分配比始终与分流比几乎相同;分流比、Reynolds数等操作条件对油水分离效率的影响程度与油滴粒径密切相关,应慎重选取适当的操作条件以保证T型管的油水分离效率。

关键词： T型管数值模拟计算流体力学相群平衡模型分离效率粒度分布

注气孔位置对文丘里管式微气泡发生器成泡特性的影响分析

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化工学报 2021年第11期72卷 5552-5562,F0002页

作者：丁国栋陈家庆李振林蔡小垒北京石油化工学院机械工程学院北京102617 中国石油大学(北京)机械与储运工程学院北京102249 深水油气管线关键技术与装备北京市重点实验室北京102617

尽管文丘里管式微气泡发生器的注气口位置会对气泡在文丘里流道内的碎化特征产生直接影响,但迄今缺乏针对性的深入研究。通过可视化实验方法,对比分析了注气口分别位于喉管处(结构1型)和进水管处(结构2型)时的气液流型、气泡破碎特征以... 详细信息

尽管文丘里管式微气泡发生器的注气口位置会对气泡在文丘里流道内的碎化特征产生直接影响,但迄今缺乏针对性的深入研究。通过可视化实验方法,对比分析了注气口分别位于喉管处(结构1型)和进水管处(结构2型)时的气液流型、气泡破碎特征以及成泡特性。实验表明,气、液相流量对结构1型微气泡发生器内的气液流型影响显著,初始成泡区域随液相流量增加,环状流或泡状流向弹状流转变,而随气相流量增加则由泡状流或弹状流向环状流转变;结构2型微气泡发生器则在此过程中始终为泡状流,其对操作工况的适应范围大于结构1型。在相同工况下,结构1型微气泡发生器的成泡Sauter平均粒径小于结构2型,但随着液相Reynolds数的增大,二者间的成泡平均粒径差值随之减小。分析原因是由于弹状流流型下,延伸至扩张段区域的弹型泡的表面积更大,能量转化率更高,气泡界面失稳碎化的程度更显著。随着液相Reynolds数的增大,初始成泡体积减小,湍流破碎机理作用占据主导,掩盖了由于界面失稳引起的气泡破碎。结构1型微气泡发生器的成泡能耗高于结构2型,并且随液相Reynolds数的增大,两者之间的差值随之增大。综合来看,结构2型微气泡发生器能够在低能耗下实现高效成泡,面向工程应用将更具优势。

关键词：文丘里管气泡气液两相流流型粒度分布

管式微孔介质气泡发生器中气泡粒径分布的实验研究

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应用基础与工程科学学报 2016年第3期24卷 490-498页

作者：陈家庆蔡小垒王春升陈涛涛符博张明尚超姬宜朋北京石油化工学院机械工程学院北京102617 中海油研究总院技术研发中心北京100027

为给高效气浮净化处理或气液传质过程的工程化设计研发提供硬件设备和基础性数据支撑,设计研发了基于微孔介质发泡机理处理量为2m3/h的微细气泡发生器,并首次在国内采用美国Microtrac公司S3500型激光粒度仪成功实现了微细气泡粒径的在... 详细信息

为给高效气浮净化处理或气液传质过程的工程化设计研发提供硬件设备和基础性数据支撑,设计研发了基于微孔介质发泡机理处理量为2m3/h的微细气泡发生器,并首次在国内采用美国Microtrac公司S3500型激光粒度仪成功实现了微细气泡粒径的在线带压测量,系统讨论了液流流量、注气压差和注气比3个操作参数对管式微孔介质气泡发生器中气泡粒径分布特性的影响.实验结果表明:随着液流流量的增加,微细气泡平均粒径逐渐降低,二者之间呈现一种近似直线关系;随着注气压差的增加,微细气泡平均粒径先急剧减小后基本保持不变;随着注气比的增加,微细气泡相互聚并现象加剧导致粒径呈现指数形式增长.

关键词：微孔发泡操作参数气泡粒径微细气泡发生器

溶气释放式微细气泡发生技术的溶气机理与设备研究进展

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北京石油化工学院学报 2022年第1期30卷 13-25,30页

作者：张怡青陈家庆丁国栋蔡小垒北京石油化工学院环境工程系北京102617 深水油气管线关键技术与装备北京市重点实验室北京102617

在溶气释放式微细气泡发生技术中,溶气设备的类型和结构直接影响着气液传质速率或溶气效率。鉴于溶气设备对于微细气泡的产生起着关键性作用,从溶气机理、溶气设备结构、评价方法三个方面系统阐述了溶气机理及设备研究进展。在简要介绍... 详细信息

在溶气释放式微细气泡发生技术中,溶气设备的类型和结构直接影响着气液传质速率或溶气效率。鉴于溶气设备对于微细气泡的产生起着关键性作用,从溶气机理、溶气设备结构、评价方法三个方面系统阐述了溶气机理及设备研究进展。在简要介绍经典传质理论模型、经典传质理论改进模型以及涡流理论模型等溶气机理的基础上,归纳总结了填料式、射流式、内筒溢流式、旋流式、涡流式等5种典型溶气设备的结构特征、工作原理和优缺点,并相应介绍了工程实际中溶气设备的多种表征方法。溶气机理研究仅从宏观理论层面为溶气设备设计提供指导,未能将溶气机理与溶气设备结合起来定量表征传质强化程度,应当秉持交叉融合的思想,尽快加强普适性理论模型以及相应技术与设备的研发,促进溶气机理与溶气设备研发同步协调发展。

关键词：微细气泡溶气机理溶气设备气液传质

气旋浮高效除油技术及其在电脱盐切水预处理中的应用

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石油炼制与化工 2016年第5期47卷 29-34页

作者：陈家庆蔡小垒谭德宽潘泽昊北京石油化工学院北京102617 中国石化沧州分公司

原油电脱盐切水除油预处理是当前炼油行业普遍面临的一个技术难题。利用自主研发的BIPTCFU-Ⅲ-4型气旋浮含油污水处理样机（CFU）在中国石化沧州分公司首次进行了非常态下电脱盐切水除油预处理的现场试验研究。结果表明：入口含油浓度在... 详细信息

原油电脱盐切水除油预处理是当前炼油行业普遍面临的一个技术难题。利用自主研发的BIPTCFU-Ⅲ-4型气旋浮含油污水处理样机（CFU）在中国石化沧州分公司首次进行了非常态下电脱盐切水除油预处理的现场试验研究。结果表明：入口含油浓度在7 632.8~10 658.0 mg/L之间波动时,单级CFU稳定运行时的除油率可达95%,两级CFU稳定运行时的除油率保持在95.6%~98.6%,CFU出水含油浓度可以稳定在131.8~263.5 mg/L之间,完全满足后续污水处理流程的进水要求,而且具有密闭运行、水力停留时间短等优势。气旋浮含油污水复合处理技术为电脱盐切水分级达标处理提供了一条切实可行的技术解决方案,值得进一步开展工程放大应用研究。

关键词：电脱盐切水除油预处理气旋浮除油率

3种内筒溢流型溶气罐结构改进设计方案的溶气性能对比分析

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环境工程学报 2021年第12期15卷 4088-4098页

作者：张怡青陈家庆丁国栋蔡小垒关顺北京石油化工学院环境工程系北京102617 深水油气管线关键技术与装备北京市重点实验室北京102617

溶气罐是溶气释放式微气泡发生系统的关键设备,其中内筒溢流型溶气罐具有结构简单、成泡粒径小等优点。提出了3种内筒溢流型溶气罐的结构改进设计方案,并对其在不同操作参数下的溶气性能进行了对比分析。为克服通过测量释气量间接表征... 详细信息

溶气罐是溶气释放式微气泡发生系统的关键设备,其中内筒溢流型溶气罐具有结构简单、成泡粒径小等优点。提出了3种内筒溢流型溶气罐的结构改进设计方案,并对其在不同操作参数下的溶气性能进行了对比分析。为克服通过测量释气量间接表征溶气量所带来的系统误差,建立了在线带压测量溶解氧的方法,并以空气在水中溶解量的变化率(即溶气效率)来直接表征溶气罐的溶气性能。结果表明:溶气效率随气液比和溶气压力的增大而增加,随液位比的升高而减小;在相同气液比、液位比及溶气压力下,气液切向进口加螺旋导叶片型溶气罐的溶气效率最高。采用响应曲面法对溶气性能相对最佳的内筒溢流型溶气罐的操作参数进行优化,预测最高溶气效率为72.43%时的最佳操作参数为:气液比为0.25,液位比为0.36,溶气压力为0.26 MPa。所得回归模型预测值与实测值的相对误差为0.87%,表明该模型可较好地分析和预测溶气罐的溶气性能。

关键词：溶气罐微气泡发生器溶解氧气液两相流响应曲面法

基于BP神经网络和CFD数值模拟的气旋浮罐结构优化及性能预测

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过程工程学报 2017年第5期17卷 918-925页

作者：蔡小垒陈家庆孔祥功刘美丽俞接成姬宜朋北京化工大学机电工程学院北京100029 北京石油化工学院机械工程学院北京102617

采用CFD模拟和BP神经网络结合的方法,对BIPTCFU-III型气旋浮装置主体设备气旋浮罐的入口管径、环形缝隙宽度、高径比和稳流筒直径等主要结构参数进行了优化,研究了结构参数对分离效率的影响.结果表明,优化后气旋浮罐分离效率从81.07%提... 详细信息

采用CFD模拟和BP神经网络结合的方法,对BIPTCFU-III型气旋浮装置主体设备气旋浮罐的入口管径、环形缝隙宽度、高径比和稳流筒直径等主要结构参数进行了优化,研究了结构参数对分离效率的影响.结果表明,优化后气旋浮罐分离效率从81.07%提升至92.82%,预测值与模拟值的偏差仅为1.15%;增大稳流筒直径、提高高径比、增大入口管径和减小环形缝隙宽度有利于强化油水两相的运移和分离过程,提高分离效率.

关键词：采油污水气旋浮神经网络数值模拟优化设计预测