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摘 要： 摘要：根據(jù)氣液固三相分離的物理模型，結(jié)合數(shù)值模擬分析，進(jìn)一步開展了三相分離旋流器結(jié)構(gòu)優(yōu)選設(shè)計(jì)。通過改變倒錐長度比、倒錐大徑、出液孔結(jié)構(gòu)形式及排氣口結(jié)構(gòu)角度等研究其對(duì)旋流器脫氣除砂效果的影響。研究結(jié)果表明，倒錐長度比、倒錐大徑、出液孔結(jié)構(gòu)形式及排氣口
摘要：根據(jù)氣—液—固三相分離的物理模型，結(jié)合數(shù)值模擬分析，進(jìn)一步開展了三相分離旋流器結(jié)構(gòu)優(yōu)選設(shè)計(jì)。通過改變倒錐長度比、倒錐大徑、出液孔結(jié)構(gòu)形式及排氣口結(jié)構(gòu)角度等研究其對(duì)旋流器脫氣除砂效果的影響。研究結(jié)果表明，倒錐長度比、倒錐大徑、出液孔結(jié)構(gòu)形式及排氣口結(jié)構(gòu)角度等的變化對(duì)脫氣除砂效果均有一定的影響。
關(guān)鍵詞：旋流器;三相分離;結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì);CFD方法;數(shù)值模擬
油田采出液中不僅含有原油，還含有大量的伴生氣、水、砂、鹽類和懸浮顆粒等[1-3] 。這些成分的存在會(huì)影響原油輸送，增加集輸成本，對(duì)輸油管線和設(shè)備造成損害，還會(huì)給煉油廠和化工廠的生產(chǎn)帶來困難。對(duì)油田采出液進(jìn)行脫氣和除砂等凈化處理具有重要的意義[4-6] 。根據(jù)氣—液—固三相分離的物理模型，結(jié)合數(shù)值模擬分析[7-8] ，進(jìn)一步開展了三相分離旋流器結(jié)構(gòu)優(yōu)選設(shè)計(jì)。通過改變倒錐 (內(nèi)錐)長度比、倒錐大徑、出液孔結(jié)構(gòu)形式及排氣口結(jié)構(gòu)角度等研究其對(duì)旋流器脫氣除砂效果的影響。
1 倒錐長度比
倒錐結(jié)構(gòu)長度比的加大對(duì)于氣相的分離有一定程度的影響，適當(dāng)增加倒錐結(jié)構(gòu)長度將有助于中心氣核的向上舉升，使氣相從排氣口溢出的路徑縮短，從而提高分離效率，如圖 1 (b) 所示;但并非倒錐結(jié)構(gòu)越長越好，如果倒錐結(jié)構(gòu)過長，將會(huì)影響分離器的主分離區(qū)分離效果，導(dǎo)致氣相的分離效率下降，如圖1(c)所示。
圖2所示為不同倒錐結(jié)構(gòu)長度比情況下軸向截面上的固相體積分?jǐn)?shù)分布云圖。從圖 2 中可以看出，雖然通過對(duì)倒錐結(jié)構(gòu)長度比的優(yōu)選，已經(jīng)改善了氣相的分離效果，但出液孔附近固相聚集較多的問題仍然沒有得到有效解決。
2 倒錐大徑
圖3為不同倒錐大徑時(shí)的軸向截面氣相體積分?jǐn)?shù)分布云圖。
從圖3中可以看出，隨著大徑的增加，錐體對(duì)氣體的舉升作用逐漸加大。當(dāng)大徑較小時(shí)，由于其對(duì)氣體的舉升作用不夠，使得部分分離出來的氣體從出水孔排出;當(dāng)?shù)瑰F大徑過大時(shí)，又會(huì)影響氣相的分布及其從排氣口的排出。所以，倒錐體結(jié)構(gòu)的大徑要選取適中。
3 出液孔結(jié)構(gòu)形式
本方案中，在保證總的過流面積一定的前提下，通過改變出水孔布置方式，來考察出水孔布置方式對(duì)分離器內(nèi)部流場的影響，進(jìn)而確定最佳的布置方式，具體的布置方式如圖4所示。
圖5為三種不同布置方式下的軸向截面氣相體積分?jǐn)?shù)分布云圖，從圖5中可以看出，隨著出液孔布置方式越來越均勻，相分離的效率略有提高;但是如果出液孔的個(gè)數(shù)過多，單個(gè)孔面積過小的話，就會(huì)增加過流損失，影響后續(xù)工藝的正常進(jìn)行，所以出液孔的個(gè)數(shù)也不易過多。
4 排氣口結(jié)構(gòu)
圖6所示為對(duì)三種角度的排氣口結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬得到的氣相體積分?jǐn)?shù)分布情況。從圖 6 中可以看出，當(dāng)排氣口角度為0和7°時(shí)，在溢流口周圍的旋流 腔中氣相體積分?jǐn)?shù)很高，氣體的貯存量甚至高于溢流管;角度為 14°時(shí)，氣相絕大部分都集中于分離器軸心靠近溢流口處，排氣情況最好。
5 結(jié)論
(1)倒錐結(jié)構(gòu)占據(jù)了中心處氣體的位置，可以減少分離后氣體由底流排出的量，而且向下流動(dòng)的氣體與錐面接觸后會(huì)反向向排氣口流動(dòng)，達(dá)到了舉升氣體的目的;但隨著倒錐結(jié)構(gòu)長度比的加大，也增加了分離出的氣體由排氣口排出的距離，影響氣液分離效果。
(2)隨著倒錐大徑的增加，錐體對(duì)氣體的舉升作用逐漸加大。當(dāng)大徑較小時(shí)，由于其對(duì)氣體的舉升作用不夠，使得部分分離出來的氣體從出水孔排出;但當(dāng)?shù)瑰F大徑過大時(shí)，又會(huì)影響氣相的分布及其從排氣口的排出。因此，倒錐體結(jié)構(gòu)的大徑要選取適中。
(3)隨著出液孔布置方式越來越均勻，相分離的效率略有提高;但是如果出液孔的個(gè)數(shù)過多，單個(gè)孔面積過小的話，就會(huì)增加過流損失，影響后續(xù)工藝，因此出液孔的個(gè)數(shù)也不易過多。
(4)排氣口結(jié)構(gòu)角度加大時(shí)，有利于分離后氣體的排出，改善旋流器脫氣效果。——論文作者：陳德海1 羅雅君2 焦臣玉3 梁文義3 趙立新1
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