[发明专利]一种管式分离器的优化设计方法

说明书

本发明针对污水处理领域的管式分离器的设计提出了一种管式分离器的优化设计方法，根据分离器主分离管雷诺系数计算管径、水平流速，根据分离颗粒粒径大小确定沉降速率，以此确定分离器管长，然后采用CFD技术模拟分离器内的水力流态，明确其分离规律，确定最佳尺寸及运行参数。管式分离器是近年新发明的分离设备，尚无设计标准及经验参数可循，传统容积式分离器及管道的设计方法不适用于该分离器，本发明提出了适用于该分离器的设计优化方法，具有设计简便、准确、周期短、成本低等优点。

技术领域

本发明涉及污水处理领域的油水泥分离器，尤其涉及一种管式分离器优化设计方法。

背景技术

国内大部分油田已进入高含水期(含水80％以上)，污水处理已成为各油田地面工程的重要制约因素之一，传统的污水处理工艺常采用大罐沉降法，该技术主要存在污水停留时间长、占地面积大、排泥困难等缺点。针对这些缺点，近年来有人研究发明了管式分离器，如T型管、工型管、网格状管式分离器等。管式分离器具有分离停留时间短、分离效率高、排泥简便等优点。由于管式分离器为新型分离设备，目前尚没有系统的设计优化方法，经验数值缺乏。

传统沉降罐、沉降池等分离器均为容积式分离器，其设计方法是根据表面处理负荷及停留时间的经验值设计反应器体积、深度、长宽(或直径)，计算过程如下：

已知处理量Q，根据经验选取表面处理负荷q、停留时间t及水平流速v，根据V＝Qt计算得出反应器体积；根据计算得出反应器面积；根据L＝vt算得出反应器长度；根据计算反应区深度。

但是对于管式分离器来说，不存在表面处理负荷的概念，无法采用传统容积式反应器的设计方法来进行设计。管式分离器内的水平流速、停留时间等重要参数尚无经验数值，若采用水平流速v及停留时间t来设计分离器尺寸，v、t参数的选取没有经验可循，随机性强，科学依据不足，反应器尺寸设计误差大。

传统管道设计的目的是根据舍维列夫等经验公式来计算管线的水头损失，以确定管径及泵的选取，很少考虑管内液体的分离情况。而管式分离器虽具有管道的特征，但是其设计理念完全不同于管道设计，其主要关心的是管内液体的分离效果，因此管线设计方法完全不适用于管式分离器设计。

发明内容

本发明的目的在于提出一种管式分离器的优化设计方法，以实现管式分离器的结构和水力流态的优化设计。

本发明提出的管式分离器的优化设计方法，是根据分离器的污水处理量和分离器中流动状态等计算获得分离器的结构尺寸，然后采用CFD技术模拟分离器内部水力流态，对分离器的结构尺寸及运行参数进行优化，从而实现管式分离器的优化设计。具体步骤如下：

步骤一：根据分离器的污水处理量和分离主管中流动状态等计算获得分离器的结构尺寸，其中，

[1]主分离管管径确定

对于管式分离器，主要依靠流体在管内流动的过程中进行油水泥分离，因此要求管内流体流动扰动越小越好。表征管中水流扰动状态的系数是雷诺系数Re，公式为

Re＝ρvd/μ (1)

其中其中，ρ为流体的密度，v为流体流速，μ为流体黏性系数，

d为主分离管管径

在管式分离器内，设分离油滴或颗粒水平流速为v₀，截留速率为u，假设主分离管进口处位于管底的颗粒恰好在主分离管出口处上升至管顶时，该颗粒恰好被去除，小于该颗粒上升速率的颗粒则无法被去除，该颗粒的上升速率称为截留速率，液体流经管内的时间为t，则

管长L＝v₀t，管径d＝ut，因此，得出

进一步得出