重力分离器聚结构件数值模拟及优化研究

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第3 5卷

第 1期

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重力分离器聚结构件数值模拟及优化研究张黎明 何利民王涛(中国海洋石油研究中心 )

吕宇玲

何兆洋

(国石油大学 )中

(国石油大学 )中

摘要使用 Fu n数值模拟软件，用标准 ke湍流模型和多项混合算法对不同入口分散相粒径和 l t e采 -不同构造聚结板的分离器内部流场进行了三维数值模拟，比通过聚结板前后油水浓度分布以确定分对

离器有效处理分散相颗粒的粒径范围；同时在尺寸为 d 8 m× 0 m×18 0 m的分离器上更换 4种 p 4 m 2r 3 a 0 r a不同材料与流道形状的聚结板进行了分离特性研究，出了影响聚结板分离特性的因素和处理分散相得粒径的范围，出适于本分离器的聚结板；过对比实验数据评价不同聚结板下分离器的聚结分离效选通

率，出了不同工况下选取聚结构件的依据。提 关键词重力分离器聚结板中图分类号 T 08 2 Q 2 . 3数值模拟分离特性文献标识码 A 文章编号 0 5￣ 9 ( 0 8 O -0 70 2 4 0 4 2 0 ) 1 1 -5 0

随着油田开发进入后期以及聚合物驱采油的广泛应用，出原油含水量大幅上升的同时含水采原油物性也变得更为复杂，成油水分离愈加困造

—+ a— a一一

= J, l+r n:a[+ )J l一 P ,一 ~ ( I] .一 ~

z

,

() 1

难。重力分离器是油田使用最为普遍的分离设备，但仅靠流体间的密度差进行重力沉降已经无法满足实际生产的要求…。6 0年代金属丝网波纹板填料和 7 0年代金属孔板、波纹板填料出现，

a a毒 +一 z+生G k+=,

az. …2cI

C 2 P

() 2

促使聚结板在油气水分离领域开始得到广泛应用。Fu n数值模拟软件是现有应用最为常见 le t和成熟的流型模拟软件，准确有效地显示分离可器内部流动特性以及流场分布情况，定分离器确的聚结分离效果。1数值模拟

式中为湍流粘性系数， G是平均梯

度湍流

动能， L u d r的推荐值以及后来的实验验经 ane等证，型常数 c C 及的取值为：模 :、C . 4 C: . 2 l=14 2 1 9=1 0 .=13 ( ) . 3

混合模型是一种简化的多相流模型，可用来求解以不同速度运动的多相流动。它假设在非常小的空间尺度上是平衡的，之间的偶合非常强相烈，因此可用于均相流和有相间滑移的多相流动。

1 1模型选取 .

分离器内部的构件和流道一般比较复杂，流体在分离器内的流动通常属紊流，大量的紊流计算表明 k6模型具有较好的计算稳定性、济 -经性和计算结构的准确性。

1 2条件设定 .轴向筒长为 18 0 m(包括左右两个球形 0m不的堵头 )直径为 3 4 m;口直径为 3 I水出， 8m入 2n m,口直径为 2 m油出口直径为 1 m 0 m, 5 m。

数值模拟采用标准 k6模型， -此模型由湍动能 k的方程和湍动耗散率的方程组成，其表达式为：

为了准确地采用三维结构对重力分离器进行数值模拟，需作以下的简化：

本课题为国家 83计划资助项目 (0 6 A 9 3 2。 6 20 A O Z 0 )张黎明，,9 2年 3月生，士研究生。山东省东营市，5 0 1女 18博 276。

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a .因分离器是对称的，将整个分离器的故

a .入口条件——设为速度边界条件，据根停留时间计算入口流量； b出口条件——油出口和水出口设为 ot . u—

数值模拟变为对半个分离器的数值模拟；b .在油水分离中分散相没有相互聚结和破碎作用； c .分散相油滴的直径是均匀一致的。 模拟采用的介质为水和白油，物性 ( 0其 2℃时)别为：分 水的密度 9 82 gm 9 . k/ 1 0 3X1 . 0 0~P s a 水的动力粘度

l f w出口，出口的质量流量占 2%,出口的 o油 0水质量流量占 8%; 0

c .压力条件——操作压力为 1 1 3 5 P。 0 .2 k a 1 3模拟结果 .当分散相粒径不同时会对分离器的聚结效果有很大影响，以下各图是通过 Fun软件

进行计 let算，然后使用 t pol. e l O 0后处理软件对分离器入口 e t分散相颗粒粒径为别为 1、0、0 l0 m时聚结 0 3 5、O￣

白油的密度

8 0k/ 7 g m0 1P s .5 a

白油的动力粘度

分离器模拟的边界条件为：

板前后浓度场进行处理得到的浓度场等值线图。

图 1分散相颗粒粒径不同时对称面的浓度等高线

比较上图可以看出，着入口分散相颗粒粒随

为 7%。通过分析对比可发现，于大于 5 m 8对 0

径的增大，离器内上层油浓度逐渐变大。在入分口分散相颗粒粒径为 1 m时， 0聚结板后的最大油相体积分数为 2%, 4当入口分散相颗粒粒径增大为 l0 m时， O￣聚结板后的最大油相体积分数变

的液滴分离器可有效使其油水分离。为了对比不同聚结板构件对液滴的聚结效果选择了6种构造的聚结板，对其在分散相粒径为 1 tn 5 x 0r时分离器内的浓度进行数值模拟，结果如图 2所示。

a蛇形板相向平行板组

b蛇形板背向平行板组

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c田字板平行板组 .

d斜板交错搭接平行板组 .

e平行板组 .

f斜板平行板组 .

图 2聚结板纽对称面浓度等高线 比较图 2所列的聚结板组，蛇形板相向平行2实验

板组和斜板交错搭接平行板组具有很好的油水分离特性。油水乳状液经过聚结构件进入水相沉降部分后油层中的水滴和水层中的油滴几乎完全得到了分离。

2 1实验装置及 …… 此处隐藏：5042字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……