开排沉箱作为海上油田生产污水处理的最后一级油水分离设备,为污水的排放提供缓冲通道可有效减小泄油事故引起海洋污染的可能性,以结构简单、不占用平台空间、处理量大等特点广泛应用于海上油田开式排放系统。本文首次建立了一套“U型”实验流程,模拟开排沉箱在海水中的运行状态,依据几何相似原则简化得到实验模型,操作参数由现场污水停留时间确定,并采用显微拍照技术进行油滴粒径统计,实验研究了操作参数和结构参数对开排沉箱分离性能的影响;基于实验模型对开排沉箱内的油水两相流场进行模拟,分析了结构参数对流动特性的影响。为开排沉箱的结构优化及其工业化推广提供理论基础。开排沉箱基本分离特性和流动特性综合研究结果表明,斜板的存在使主流获得较大的水平速度分量,有效降低油滴上浮难度并延长停留时间,使油滴平均粒径沿轴向波动减小。在斜板分离段主流频繁转向,斜板下方形成低速区,流速约为主流区流速的1/2,流体冲击沉箱壁面向上分流形成输送漩涡有利于油滴在板下的聚集,分离效率约占总分离效率的53%,流出斜板分离段的油滴平均粒径最小;入口段存在明显的射流掺气现象,初步分离掉100μm以上的大油滴,分离效率仅次于斜板分离段,来流遇到斜板后在其上方边壁处形成回流漩涡扰乱流场;混合流体流出斜板分离段在最后一块斜板下方形成大范围涡流,油滴平均粒径较斜板段末端增大,分离效率略高于其后的自然沉降区。对比分析综合结果表明,分离效率随入口浓度的增加而提高,在一定入口流量范围内保持较高值,安装斜板有效增大了开排沉箱的浓度、处理量适应范围,转折浓度由800mg/L增大到1500mg/L,处理量增大到160L/h;第一块斜板布置距离入口100mm时入口区形成的回流漩涡呈椭圆形,具有最佳分离效率为21.87%;斜板安装间距为80mm和100mm时斜板间流速较小,斜板下方形成的静态分离空间较大。