水膜发生器的研制及流场分析-油气储运.PDF

机械设备 2012 年 6 月　第 31 卷 第 6 期 1000-8241 2012 06-0466-04 文章编号： （ ） 水膜发生器的研制及流场分析 1 2 2 2 3 徐丽 马文鑫 申龙涉 王玉福 霍珊 1. 沈阳理工大学机械工程学院，辽宁沈阳 110159；2. 辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺 113001； 3. 中国石油抚顺石化公司石油三厂，辽宁抚顺 113001 徐丽等.水膜发生器的研制及流场分析.油气储运，2012，31 （6）：466-469. 摘要：水膜发生器是超稠油水膜面减阻技术中使管道内形成环状水膜的流体机械设备，其内部流场 需要长期保持稳定，以形成稳定的水膜。在设计水膜发生器时，使高压水流射入后通过一个厚度为 1 mm 的穿孔板再形成水膜，穿孔板部分区域不开孔，其余部位均匀开孔，以控制水流动能和速度， 进而控制水膜厚度。高效渗透筛管的选择决定水膜面的稳定性，其关键在于确定穿孔板的开孔率和 开孔直径。运用ANSYS 软件对水膜发生器的强度进行分析，以确定其应力集中部位并进行加强处 理，使用材料为X52 的管线钢制作水膜发生器可以满足实际运行条件的要求。运用Fluent 软件对 水膜发生器内部流场进行模拟，以确定水膜发生器的合理长度和开孔直径，优化运行参数。 关键词：水膜发生器；水膜面；超稠油；流场；数值模拟 中图分类号：TE869　　　　　 文献标识码：A　　　　　 doi ：10.6047/j .issn.1000-824 1.2012.06.017 两种互不相容液体之间的密度相近，但粘度差别 的穿孔板再形成水膜，穿孔板均匀开孔，可以很好地控 却非常大。输送高粘度液体时，使低粘度液体（如水） 制入流速度；与水流入 口垂直的板（穿孔板）上留有一 在管壁和高粘度核心流（如超稠油）之间形成环状润滑 定面积不开孔（图 1），使高速水流直接射到未开孔的 液膜，在一定的操作条件下，两种流体在管内形成同心 钢板上以控制水流动能。通过 Fluent 仿真软件对水 液环，低粘度流体液膜靠近管壁，从而避免因超稠油与 膜发生器内部流场进行模拟，确定水膜发生器的合理 [1] 管壁直接接触而导致较高的压力损失 。Bensakhria 长度和开孔直径。通过控制水流入口压力、速度，可以 等设计的水膜发生器，当稠油通过水平管段时，利用环 控制水膜发生器形成水膜的厚度。 形注射方式引进水流，而 Hasson 等设计的水膜发生器 形状对称，可以在很大程度上限制管道壁面附近低粘 [2] 度流体的流动区域，降低入 口流体的湍流程度 。基 于在辽河油田进行超稠油水膜面减阻技术中型试验 （架空试验管道长度 200 m ，规格 57 ×3.5）的成功经 φ 验，借鉴国外水膜发生器的相关技术，开展新型高效水 图 1　水膜发生器结构示意图 膜发生器的研究设计，研制产品即将应用于 406 ×8 1.2 渗透筛管的选择 φ 实际运行管道中。 将孔径为 1 mm 的不锈钢穿孔板制作成圆柱形水 膜面渗透筛管（图2，开孔率为 15 ％），其作用是使垂直 1 结构设计