1、收稿日期:;修回日期:基金项目:国家自然科学基金青年基金项目().作者简介:彭世昌(),男,硕士研究生,研究方向为多相流高效分离技术与设备,E m a i l:b i p t e d u c n;刘美丽(),女,博士,副教授,研究方向为多相流高效分离技术与设备,通讯联系人,E m a i l:l i u m e i l i b i p t e d u c n.第 卷第期 年月北京石油化工学院学报J o u r n a l o fB e i j i n gI n s t i t u t eo fP e t r o c h e m i c a lT e c h n o l o g yV o l N
2、 o M a r 文章编号:()大流量容器式多管轴向旋流分离系统内流量分配特性研究彭世昌,刘美丽,陈家庆,张耀元,孔畅言,(北京石油化工学院机械工程学院,北京 ;深水油气管线关键技术与装备北京市重点实验室,北京 )摘要:水力旋流分离设备具有结构简单、分离效率高等优点,广泛应用于油水分离领域.在现场大处理量条件下,容器式多管水力旋流分离系统存在流场分布不均、分离效率达不到预期的现象.因此在综述轴向水力旋流器工作原理及设计准则的基础上,针对容器式多管结构设计了种不同的排布方式,利用计算流体力学软件进行全尺寸流场模拟,并分析了该分离系统的流量及压力分配特性.结果表明:在相同处理量下,多管的排布方式对
3、容器式多管水力旋流分离系统的流量分配特性有一定影响,在均布式和三角式种排布方式下,远离旋流分离系统总入口的旋流管中的流量普遍高于总入口附近旋流管中的流量.在保证罐状外壳的前提下,三角式系统在流量分配和低能耗等方面优于均布式系统,且有效地提高了容器内空间的利用率,为自主研发高效、紧凑的水力旋流分离系统奠定了基础.关键词:采油废水;旋流分离;容器式;数值模拟;排布方式中图分类号:T E 文献标志码:AD O I:/j c n k i i s s n 开放科学(资源服务)标识码:F l o wD i s t r i b u t i o nC h a r a c t e r i s t i c s i
4、 nL a r g eC a p a c i t yA x i a lC y c l o n eS e p a r a t i o nS y s t e mo fC o n t a i n e r t y p eM u l t i t u b eP E NGS h i c h a n g,L I U M e i l i,CHE NJ i a q i n g,Z HANGY a o y u a n,KONGC h a n g y a n,(C o l l e g eo fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,B e i j i n gI n s t i
5、 t u t eo fP e t r o c h e m i c a lT e c h n o l o g y,B e i j i n g ,C h i n a;C h i n aB e i j i n gK e yL a b o r a t o r yo fP i p e l i n eC r i t i c a lT e c h n o l o g ya n dE q u i p m e n t f o rD e e p w a t e rO i l&G a sD e v e l o pm e n t,B e i j i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:H y
6、 d r o c y c l o n es e p a r a t i o ne q u i p m e n t i sw i d e l yu s e di no i l w a t e rs e p a r a t i o nf i e l db e c a u s eo f i t s s i m p l e s t r u c t u r ea n dh i g hs e p a r a t i o ne f f i c i e n c y I nv i e wo f t h e s m a l l e r s i z ea n dh i g h e r s e p a r a t i
7、 o np e r f o r m a n c eo f c y c l o n es e p a r a t i o ne q u i p m e n t,t h ec y c l o n em u l t i p i p ep a r a l l e l c o n n e c t i o n i sa d o p t e d i ne n g i n e e r i n g H o w e v e r,u n d e r t h e c o n d i t i o no f l a r g eo n s i t ep r o c e s s i n gc a p a c i t y,u
8、n r e a s o n a b l ea r r a n g e m e n t o f t h e c y c l o n e t u b e c a n l e a d t on o n u n i f o r md i s t r i b u t i o no f f l o wa n dp r e s s u r ed r o pa m o n ge a c hs i n g l e t u b e T h a tw i l l c a u s es h o r t a g e so f i n d e p e n d e n t s w i r l i n t e n s i t
9、 y,a n du l t i m a t e l ya f f e c t t h eo v e r a l l p e r f o r m a n c eo f c y c l o n es e p a r a t i o ns y s t e m,m a k i n g i td i f f i c u l t t oa c h i e v et h ed e s i r e de f f e c t F o r i n d e p t hu n d e r s t a n d i n go f t h e i n f l u e n c eo f d i f f e r e n t a
10、 r r a n g e m e n tm o d e so nf l o wf i e l dd i s t r i b u t i o n f e a t u r e s,t h e f u l l s i z e f l o wf i e l ds i m u l a t i o n i s c a r r i e do u t b yu s i n gc o m p u t a t i o n a l f l u i dd y n a m i c s s o f t w a r e,a n d t h ep r e s s u r e a n d f l o wd i s t r i
11、b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s o f t h em u l t i t u b eh y d r o c y c l o n e s e p a r a t i o ns y s t e ma r ea n a l y z e d R e s u l t s s h o wt h a tu n d e r t h e s a m ep r o c e s s i n g,t h ea r r a n g e m e n to f t h em u l t i p l e t u b eh a v ee f f e c t so nt h e
12、f l o wd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s I nt w ok i n d so f a r r a n g e m e n t,t h eu n i f o r mt y p ea n dt h e t r i a n g l e t y p e,t h e f l o wi nt h ec y c l o n e t u b ea w a yf r o mt h es y s t e me n t r y i sg e n e r a l l yh i g h e r t h a nt h a t o f t h
13、e c y c l o n e t u b en e a r t h e s y s t e me n t r y I nt h ec o n t a i n e r o f t a n ks h e l l,t h e t r i a n g u l a r a r r a n g e m e n t d e s i g n e d i n t h i sp a p e r i sb e t t e r t h a n t h eu n i f o r mo n e i nt e r m so f e v e nf l o wd i s t r i b u t i o na n d l o
14、we n e r g yc o n s u m p t i o n M o r e o v e r,t h e t r i a n g u l a ra r r a n g e m e n tc a ne f f e c t i v e l y i m p r o v et h eu t i l i z a t i o no f s p a c e i nt h ec o n t a i n e r T h er e s e a r c hl a y sa f o u n d a t i o n f o r i n d e p e n d e n t r e s e a r c ha n dd
15、 e v e l o p m e n t o f e f f i c i e n t a n dc o m p a c t h y d r o c y c l o n es e p a r a t i o ns y s t e mK e yw o r d s:p r o d u c e dw a t e r;c y c l o n es e p a r a t i o n;c o n t a i n e r;n u m e r i c a ls i m u l a t i o n;a r r a n g e m e n tm o d e 随着油田开发年限的不断延长和水驱强化采油技术的普遍应用,
16、国内外很多油田目前已进入高含水开采阶段 .为保持原油产量,不得不增大提液量,增加了采油废水对环境污染的潜在风险 .以旋流分离器为代表的油水超重力分离技术具有高效紧凑、便于撬装等优点,成为油井采出液预分水及采油废水处理设备的重要技术选择方案.鉴于旋流分离设备尺寸越小、分离性能越高的特点,工程中多采用旋流器多管并联方式.常见的多管并联方式有压力容器式、直线式、辐射蛛网式、径向分布式、垂直排列式等,如果旋流管的排布方式不合理,会引起各单管水力旋流器间流量和压降分配不均匀、涡旋流动增多,进而导致部分单体旋流强度不足等问题,最终影响旋流分离系统整体性能,使其难以达到预期的处理效果.许多学者对不同并联方式的水力旋流分离系统开展研究.汪华林等研究了固液微旋流器直线式排列系统在不同流动环境和几何尺寸条件下的压降与流量 分 布 特 性,并 构 建 了 歧 管 分 支 流 的 计 算 模型 .K e i t hJ G i r d l e 针对容器式多管并联系统提出旋流管入口彼此错开排列,可以使容器内流场分布更加均匀,减少流体流入旋流管时的相互干扰,进而提高分离精度及效率,但这种错开排布方式需要逐一布置每根