重力式油气分离器内聚结元件分离流场的数值模拟.pdf

2011年 5月 西安石油大学学报(自然科学版) May2011 第26卷第3期 JournalofXianShiyouUniversity(NaturalScienceEdition) Vol_26No．3 文章编号：1673-064X(2011)03-0078-04 重力式油气分离器 内聚结元件分离流场的数值模拟 邓志安，孙 洁，商羽婷，张丹 (西安石油大学 石油工程学院，陕西 西安710065) 摘要 ：应用标准K—s模型和多相混合模型，对重力式油气分离器 内聚结元件分离流场进行 了数值 模拟，通过比较含有竖向平行板、蛇形相向、相背平行板和田字板4种不同聚结元件的分离器内部 流场中速度矢量和各相体积分数分布，得到了不同构件的聚结特性．结果表明，聚结元件具有稳定 流场，抑制涡流，对液滴进行有效聚结的优点，其中田字型板聚结元件效果最优，蛇形相向平行聚结 板次之，而竖向平行板聚结元件的聚结效果最差．为分离器的设计提供 了参考依据． 关键词 ：重力式分离器；油气分离；聚结元件 ；流场 ；数值模拟 中图分类号：TE868 文献标识码 ：A 在油田地面集输工程中，气液分离或油气水分 的模拟研究报道较少，本文通过对不同聚结元件的 离是气液混合物进行分离的主要手段．多年以来，在 油气分离器 内流场进行数值模拟，分析比较不同构 分离器的结构设计方面，主要是基于宏观的认识和 件对流场的聚结特性，为油气分离器的结构设计和 经验设计方法，而对重力式油气分离器内部流场的 聚结元件选型提供一定的参考依据． 微观机理研究较少；同时，由于分离器聚结元件内流 场的流动非常复杂，对分离机理更是缺乏深入的研 1 数值模拟 究，造成对分离器 内聚结元件的认识停留在感性阶 段，而对其聚结效果的优劣却没有从流场分析的角 1．1 几何模型设计 度去研究，从而造成分离器的设计效率较低． 为使本研究更好地符合实际应用的分离器结 为提高分离器的分离性能，人们曾试图通过各 构，数值计算采用的重力式分离器模型对实际分离 种方法优化分离器 内部构件，而传统的结构优化模 器进行了等比例缩小，如图 1所示．其几何参数为： 式，主要以理论分析为基础，然后通过制作多个样机 轴向筒长 1800mm(不包括两端的封头)，内径 384 进行实验对比的模式实现，此方法受到实验条件的 mm，人 口内径32mm，气体出口内径 10mm，液体出 极大限制 ，且周期较长，制作样机以及试验费用高， 口内径 15mm．由于只对聚结元件进行研究，计算模 严重影响了研究的广泛性和深度．计算机和数值模 拟技术的快速发展，为设备的结构优化提供了强有 力的研究手段，而且资金投入少，计算速度快，不受 试验及测试手段的限制．采用数值模拟技术对分离 器内流场进行研究可揭示不同内部构件对流场内各 区域的影响¨ ，大大地缩短研究周期，因此具有重 图1 重力式分离器模型 要的工程应用价值．但 目前对分离器内部聚结元件 Fig．1 Themodelofgravitationalseparator 收稿 日期 ：2010-02-25 基金项 目：中国石化集团公司科技攻关项 目“油气水砂四相分离技术研究”(编号：2003—108) 作者简介：邓志安(1962一)，男，教授 ，主要从事油气储运工程的研究，E—mail：dza 062826@163．corn 邓志安等：重力式油气分离器内聚结元件分离流场的数值模拟 一 79一 型对实际应用的分离器作了一定的简化，取消了实 行划分，其余区域则采用六面体单元划分． 际分离器两端的封头．