重力式油气分离器内聚结元件分离流场的数值模拟

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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Fig．1Themodelofgravitationalseparator要的工程应用价值．但目前对分离器内部聚结元件收稿日期：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)，

6、男，教授，主要从事油气储运工程的研究，E—mail：dza062826@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．本文采用对控制方程做雷诺平均的NS方程数值模拟选用4种分离器聚结元件模型，如图RANS，并采用标准K一8模型封闭模型．在算法上，采2所示．聚结元件的结构尺寸为：聚结板长450mm，用有限体积剖分的SIMPLE算法求解，差分格式选厚1mm，板间距均为20m

7、m．设在距分离器人口截取为一阶迎风格式，压力插补格式以标准格式为基面650mm处．础，采用标准K-8模型和多相混合模型模拟分离器内流场流动过程．1．4流体性质与边界条件所采用的两相介质分别为水和空气，其中，空气密度1．225kg／m，黏度为1．7894X10kg／(m·s)，●◆水的密度为998．2kg／m。，黏度为1．003X(a)竖向平行板(b)蛇形相背平行板10kg／(m·s)．人口设定为速度入口边界条件，速度为6m／s，液相体积分数为20％，液相粒径100txm；出口采用出流出口边界条件．定义

8、纵向对称面为symmetry边界条件．一●2计算结果及分析(c)蛇形相向平行板(d)田孚板型对图2所示4种聚结元件进行了数值模拟，此图2聚结元件结构模型处的模拟数值采用分离器垂直对称面处数据作为主Fig．2Thestructuralmodelsofaccumulationunits要研究对象．1．2控制方程2．1聚结元件的速度矢量假定流场中流体质点的流动速度为，则流动图3所示为流体在聚结元件区域的速度矢量基本方程为：图．图3(a)为竖向平行板型聚结板区域