【摘 要】
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目前我国大多数油田都已进入中、高含水阶段,随着油井采出液含水量的提高,油田现有处理设备的负荷增加,油田经济效益降低。为此,本文提出了一种轴流式油水分离器,用于高含水原油的预分离处理。与传统油水旋流分离器相比,该分离器采用轴向入口结构并装有导流叶片,具有结构紧凑、分离效率高、压降低的优点。本文基于旋流分离理论,建立了轴流式油水分离器几何模型,并运用数值模拟软件FLUENT,采用Mixture混合模型
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目前我国大多数油田都已进入中、高含水阶段,随着油井采出液含水量的提高,油田现有处理设备的负荷增加,油田经济效益降低。为此,本文提出了一种轴流式油水分离器,用于高含水原油的预分离处理。与传统油水旋流分离器相比,该分离器采用轴向入口结构并装有导流叶片,具有结构紧凑、分离效率高、压降低的优点。本文基于旋流分离理论,建立了轴流式油水分离器几何模型,并运用数值模拟软件FLUENT,采用Mixture混合模型和RSM湍流模型对分离器内部流场进行了研究,得到了速度场、压力场和浓度场的分布规律;分别改变油相粘度、油相密度和入口含油浓度,得到了物性参数对分离性能的影响规律;同时研究了分流比对分离性能的影响。针对分离器初始模型,对分离器主要结构进行了模拟优化。结果表明,增大旋流腔长度和溢流管直径均可以提高油水分离效率,但两者均存在临界值;溢流管插入深度不能过大,否则会导致油水来不及分离就被排出。适当增大开缝宽度和长度,可以降低底流口油相浓度以及底流口压降,且开缝长度越大对压降的影响越小。叶片出口角减小或叶片包角增大都会增强旋流强度,提高分离效率,但同时压降也会显著增大;叶片数量由2片增大到3片,分离效率会显著提升,此后继续增大叶片数量,对分离效率影响不大,压降却会持续增大。自主搭建了以轴流式油水分离器样机为核心的油水两相流实验环道,对分离器进行了室内实验研究。研究表明,分离器入口流量过小会导致旋流强度不足,油水无法完全分离,流量过大则会导致油滴剪切破碎,乳化作用增强,因此存在一个最佳入口流量;随着入口含油浓度减小,分离效率逐渐增大,压降逐渐减小,这与模拟结果一致;叶片出口角减小会使压降增大,且入口流速越大,叶片出口角对压降的影响越大。根据正交试验分析,得到各因素对分离效率、溢流口压降和底流口压降的影响顺序和影响程度;通过逐步回归分析,建立了分离效率及压降预测模型并对其进行了验证,分离效率、溢流口压降和底流口压降预测的平均误差分别为10.02%、6.68%和10.13%,在工程允许范围内,为轴流式油水分离器的设计优化和预测提供了可靠的基础。
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