石油是当今人类社会最重要的能源之一,是国家工业支柱产业最重要的驱动力,被称为“工业的血液”。世界上的海洋石油资源十分丰富,海洋油气产量近年来持续增加,缓解了陆地石油资源短缺造成的困境。海洋平台油井采出液是不能够直接使用的,它是原油、天然气、水和泥沙等的混合物,而三相分离器一般是平台油井采出液的首要处理设备。目前来说,国内外现有的三相分离器,在特殊情况下可以达到较高的分离处理精度,但是普遍适用性很差;另外三相分离器还没有严格统一的国际设计规范,设计理论并不完善,导致设计出的分离器分离性能和抗波动能力并不理想。因此,有必要对分离器的设计过程以及内部流场情况进行进一步的研究,这对于分离效率的提高至关重要。本文以具体处理条件下的卧式重力三相分离器为研究对象,对主体尺寸和压力容器结构进行初步设计,并采用CFD相关理论和研究方法,利用Fluent软件对安装有不同结构型式和尺寸参数的内部构件的分离器流场进行仿真模拟,通过分析结果,确定可以实现较高流场稳定性和油水分离效率的最优的构件型式和构件参数。主要得到以下结果:(1)通过对油气水三相分离器结构和工作原理的研究,采用“半满法”对分离器进行基于气液分离和油水分离过程的主体尺寸设计,为模拟研究提供了具体的尺寸数据。基于ASME标准对三相分离器的压力容器结构进行设计,包括确定了合适的设计参数、容器重量估算、容器壁厚确定等方面。(2)利用Fluent软件对安装有不同结构型式和构件参数的入口构件、整流构件、聚结构件等的分离器内部流场进行流动性能和分离性能的仿真模拟研究。通过对模拟结果分析,本文得出安装有下孔箱式入口构件的分离器在抑制入口湍流、稳定流场方面效果最佳,且具有的重力消能和水洗效果也有利于后续的油滴聚结沉降过程。(3)在所研究的5种整流构件中,田字板型构件的整流性能最好,轴流指数均值最高,保持在0.9以上,产生涡流最少,且适当增加构件长度会提高圆筒型的整流性能。同时,三相分离器内部流场的流动性能影响着分离性能。(4)板间距10mm、板倾斜角度45°的聚结构件能实现较大的油滴上浮速度、较长的液相停留时间和较好的油膜聚结浮升条件,油水分离效果最好。本文的研究工作为新型高效分离器的研究开发提供一定的参考。