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1、38国外油田工程ForeignOilfieldEngineering2000.11管道和油罐中油水分离的新数学模型翻译:陈荣(大港油田技术研究中心工艺所)Bj.rnHafskjoldetal.校对:姚煦春(大庆油田设计院)摘要:在油水分离系统中,可发现油中水的分不变,在停留时间内[时间由式(1)计算]管道中离率和含水率成正比,而且即使沉降很长一段时间的聚结使粒径分布发生变化。如果装置为卧式重力沉后,仍有一部分水未分离出。聚结和沉降机理可定性降罐,假设聚结和沉降均发生,则粒径分布和含水率地解释这一点。本文描述的数学模型可定量地解释这均改变。若溢流口上游处瞬时含水为c(z
2、),则输出些机理,根据系统尺寸、流速、流体的物性、入口粒油含水为:油面径分布,可计算出分离系统出口油的性质。模型和实1c出口=c(z)dz(2)验数据与现场数据吻合。OPT∫水面主题词管道油罐沉降聚结液滴剪切式中:OPT———油层厚度,m。能耗我们的目的是建立聚结、沉降和两者结合的数学模型。一、简介1,沉降我们的模型和Barnen、Mizrahi的相同,B-M油水分离可认为是乳化和分离作用的结果,前者模型为低密度液体中液滴沉降模型,包括受阻沉降。主要发生在节流处、阀门和其它高剪切率(高能耗)稀释分散相模型简化为Stokes公式,在B-M模型处。后者可进一步分成两部分:
3、①聚结使粒径增加,中需注意以下特征:主要发生在管道中、分离器的入口部分和其它中能耗(1)沉降的驱动力是分散相与连续相间的密度处;②分散相的沉降,主要发生在油罐中和其它低能差。耗处。为了充分理解和建立模型,预测油水分离器的(2)连续相的粘度是重要因素。运行,不仅要考虑分离器本身,也要考虑上游设备。(3)沉降速度与粒径平方成正比,与分散相密度本文讨论的范围仅限于油/水系统的聚结和沉降成反比。的数学模型,为简单起见,但并不失概括性,只考虑2,聚结了油中水的分散。本文还讨论了数学模型基于的关键液滴碰撞取决于液滴之间的相对速度差,速度差理论因素,包括模型参数的敏感性分析。最后比
4、较了是由不同粒径、管道中紊流或靠近管壁处层流、或分模型和实验数据,并讨论了模型怎样适用于现场情离器入口处流体混合造成涡流处的剪切引起的。况。在静止的沉降体系中,碰撞频率与液滴密度、粒二、理论基础径差成正比,与粒径成反比。在紊流区和剪切区与粒径成反比,与液滴密度成正比,而粒径差异对碰撞频因管道和油罐(以下称装置)均有一入口和出率影响较小。口,距入口x处流体的性质(油中含水率和水滴粒假设粒径为i和j的两液滴,沉降速度为ui、径分布等)由入口流体性质和发生在这一段距离内的uj,则由沉降引起的碰撞数为:聚结和沉降决定,连续流动系统的x与流体停留、29(Di+Dj)流速的关系的
5、最简单情况为:Lij=θiθj3Δuij(3)π(DiDj)Qtx=(1)Aε式中:Δuij=uj-ui,θi是粒径为i的液滴占分散式中:Q———流速;相的体积百分数。A———流域的横截面积;由剪切引起的液滴碰撞数:3ε———修正系数(与理想段塞流的偏差,最简6(Di+Dj)up:ijLij=2θiθj3(4)单情况为1)。π(DiDj)q如果装置为一管道,假设无沉降发生,则含水率up:ij/q是液滴p方向分速度的速度梯度,如果陈荣:管道和油罐中油水分离的新数学模型39剪切发生在不止一个方向,速度梯度必须由总速度代碰撞数为:替。-Lk=∑pi,kLi,k(11)液滴在
6、碰撞后必须连在一起足够长时间使其间的i=1,n膜破裂而结合到一起。以下因素影响这一过程:则原有体积为:(1)相对速度:若相差太大,液滴会在聚结前分Г+-π3k=(Lk+Lk)Dk(12)6离。33但实际上液滴不是等距离的,因此定义Di+1=Di+(2)在表面活性物质的作用下液滴表面的稳定3Di-1,i和i-2或比i-2小的液滴聚结均产生i液性。3(3)液滴变形会降低膜的破坏率。滴,体积约为πDi+1/6。4,剪切/能量消耗因此要考虑液滴碰撞后确实聚结的可能性:pr-bs有关能量消耗导致的液滴碰撞理论已经很成熟,ij=(c1+c2s)e(5)4Hinze和Kolmogo
7、roff的研究结果常用于工程计算,DiDjs=(6)但在低能耗中的应用是有限的,他们证明了混合能是Di+Dj造成乳化液不稳定的一个重要因素。Meijs等人的研cdispμρb=2(7)究证明补充了这一点,证明乳化液在低能耗时(0′σ～3W/kg)是不稳定的。式中:c1、c2、cdisp———调节参数;μ、ρ———连续相的粘度、密度;三、数学模型σ———界面张力。把数学模型编成程序,可分析分离器系统的不同3,沉降和聚结的结合部分,输入入口粒径分布、流速、含水、分离设备几即两者在处理过程中均发生,可分三个阶段:何尺寸、流体的物理化学性质、描述分离系统内流
