化工进展 ›› 2022, Vol. 41 ›› Issue (1): 75-85.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0197
张爽1,2(), 赵立新1,2(), 刘洋1,2, 宋民航3, 刘琳1,2
收稿日期:
2021-01-27
修回日期:
2021-05-10
出版日期:
2022-01-05
发布日期:
2022-01-24
通讯作者:
赵立新
作者简介:
张爽(1997—),女,博士研究生,研究方向为流体机械及工程。E-mail:基金资助:
ZHANG Shuang1,2(), ZHAO Lixin1,2(), LIU Yang1,2, SONG Minhang3, LIU Lin1,2
Received:
2021-01-27
Revised:
2021-05-10
Online:
2022-01-05
Published:
2022-01-24
Contact:
ZHAO Lixin
摘要:
目前我国大部分油田已进入高含水阶段,且采出液中常带有大量伴生气,采用旋流分离法实现采出液高效分离对于简化陆上油田地面处理工艺及提升海上平台经济环保的采出液处理技术具有重要意义。脱气除油旋流系统由GLCC型气液分离器和油滴重构旋流器串联组成,设计的目的是在保证高效脱气的同时进一步改善对小油滴的去除效果,实现油气水三相高效分离。本文基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,利用种群平衡模型(population balance model,PBM)模拟油滴破碎与聚结,对脱气除油旋流系统内部流场特性及粒度分布进行模拟分析,并采用数值模拟与试验相结合的研究方法,对比分析不同含气体积分数和气相出口分流比对脱气除油旋流系统分离性能的影响规律。结果表明:含气体积分数与气相出口分流比对脱气除油旋流系统分离效率的交互作用较显著,在研究范围内综合脱气效率和除油效率可以得到,含气10%、20%、30%的最佳分流比分别为25%、30%、35%,数值模拟结果与试验结果吻合良好,验证了数值模拟方法的可靠性。另外,含气体积分数越大,油滴重构旋流器的油滴分层重构现象越明显,油滴重构旋流器可以在一定程度上改善含气情况下油水分离效果差的现象,脱气除油旋流系统对油气水三相分离的适用性较好。
中图分类号:
张爽, 赵立新, 刘洋, 宋民航, 刘琳. 脱气除油旋流系统流场分布及分离特性[J]. 化工进展, 2022, 41(1): 75-85.
ZHANG Shuang, ZHAO Lixin, LIU Yang, SONG Minhang, LIU Lin. Analysis of flow field distribution and separation characteristics of degassing and oil-removal hydrocyclone system[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2022, 41(1): 75-85.
结构参数 | 数值 | 结构参数 | 数值 |
---|---|---|---|
气液分离器主直径D1/mm | 58 | 气液分离器高度H1/mm | 460 |
外层旋流器主直径D2/mm | 72 | 内锥高度H2/mm | 130 |
内层旋流器主直径D3/mm | 30 | 油滴重构旋流器高度H3/mm | 300 |
气相出口直径D4/mm | 15 | 内层旋流器旋流段高度H4/mm | 45 |
内层油相出口直径D5/mm | 5 | 内层旋流器锥段高度H5/mm | 110 |
内层旋流器底流段直径D6/mm | 15 | 内层旋流器底流段高度H6/mm | 75 |
外层旋流器底流段直径D7/mm | 32 | 外层旋流器旋流段高度H7/mm | 75 |
外层油相出口直径D8/mm | 23 | 外层旋流器锥段高度H8/mm | 125 |
水相出口直径D9/mm | 10 | 外层旋流器底流段高度H9/mm | 25 |
内锥底面直径D10/mm | 30 | 油滴重构旋流器入口高度H10/mm | 20 |
内层旋流器锥段锥度α1/(°) | 9 | 内层切向入口高度H11/mm | 7.4 |
外层旋流器锥段锥度α2/(°) | 19 | 外层切向入口高度H12/mm | 12.6 |
表1 脱气除油旋流系统参数
结构参数 | 数值 | 结构参数 | 数值 |
---|---|---|---|
气液分离器主直径D1/mm | 58 | 气液分离器高度H1/mm | 460 |
外层旋流器主直径D2/mm | 72 | 内锥高度H2/mm | 130 |
内层旋流器主直径D3/mm | 30 | 油滴重构旋流器高度H3/mm | 300 |
气相出口直径D4/mm | 15 | 内层旋流器旋流段高度H4/mm | 45 |
内层油相出口直径D5/mm | 5 | 内层旋流器锥段高度H5/mm | 110 |
内层旋流器底流段直径D6/mm | 15 | 内层旋流器底流段高度H6/mm | 75 |
外层旋流器底流段直径D7/mm | 32 | 外层旋流器旋流段高度H7/mm | 75 |
外层油相出口直径D8/mm | 23 | 外层旋流器锥段高度H8/mm | 125 |
水相出口直径D9/mm | 10 | 外层旋流器底流段高度H9/mm | 25 |
内锥底面直径D10/mm | 30 | 油滴重构旋流器入口高度H10/mm | 20 |
内层旋流器锥段锥度α1/(°) | 9 | 内层切向入口高度H11/mm | 7.4 |
外层旋流器锥段锥度α2/(°) | 19 | 外层切向入口高度H12/mm | 12.6 |
含气体积分数/% | 位置 | d0.1/mm | d0.5/mm | d0.9/mm |
---|---|---|---|---|
20 | 入口 | 0.003 | 0.024 | 0.072 |
油相出口 | 0.004 | 0.175 | 0.325 | |
水相出口 | 0.003 | 0.029 | 0.264 | |
30 | 入口 | 0.002 | 0.019 | 0.048 |
油相出口 | 0.023 | 0.063 | 0.373 | |
水相出口 | 0.012 | 0.050 | 0.109 |
表2 油滴粒度分布
含气体积分数/% | 位置 | d0.1/mm | d0.5/mm | d0.9/mm |
---|---|---|---|---|
20 | 入口 | 0.003 | 0.024 | 0.072 |
油相出口 | 0.004 | 0.175 | 0.325 | |
水相出口 | 0.003 | 0.029 | 0.264 | |
30 | 入口 | 0.002 | 0.019 | 0.048 |
油相出口 | 0.023 | 0.063 | 0.373 | |
水相出口 | 0.012 | 0.050 | 0.109 |
含气体积分数/% | 试验值/mg·L-1 | 模拟值/mg·L-1 |
---|---|---|
10 | 947 | 1253 |
15 | 2083 | 1574 |
20 | 2661 | 1849 |
25 | 3026 | 2154 |
30 | 3521 | 2286 |
表3 分流比为35%时底流含油浓度对比
含气体积分数/% | 试验值/mg·L-1 | 模拟值/mg·L-1 |
---|---|---|
10 | 947 | 1253 |
15 | 2083 | 1574 |
20 | 2661 | 1849 |
25 | 3026 | 2154 |
30 | 3521 | 2286 |
气相出口分流比/% | 试验值/mg·L-1 | 模拟值/mg·L-1 |
---|---|---|
20 | 3277 | 2634 |
25 | 2293 | 1853 |
30 | 1659 | 1748 |
35 | 2661 | 1849 |
表4 含气20%时底流含油浓度对比
气相出口分流比/% | 试验值/mg·L-1 | 模拟值/mg·L-1 |
---|---|---|
20 | 3277 | 2634 |
25 | 2293 | 1853 |
30 | 1659 | 1748 |
35 | 2661 | 1849 |
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