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《北京石油化工学院》 2018年
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管式气液分离装置的设计与数值模拟研究

张富成  
【摘要】:随着近几十年来的石油资源开采,陆上油气资源的开采很多已经进入晚期,储量日益减小,开采环境不断恶化,而我国具有广阔的海洋资源,尤其是南海,储藏的大量的油气资源,对海洋资源的油气资源开发具有深远意义。海洋油气资源的开发面临着操作空间受限等一系列问题,迫切需要在保证工作性能的前提下降低其新建和维护成本,同时提高设备的紧凑性。具备以上优势的管式气液分离设备已成为近些年来研究的主要趋势,但是并没有形成统一的设计规范,国外已有相关设备的部分应用但是国内对于管式气液分离设备的研究还处于探索阶段。对管式气液分离设备的理论研究可以为其国产化应用提供参考,降低进口设备和其后期的维护成本。本论文的研究内容主要包括两个部分:一是在参考国内外相关资料的基础上,首先对管式脱气器进行初步的结构设计,运用数值模拟软件FLUENT对其在运行时内部的流场进行了数值模拟,研究了内部两相流分布,速度分布、压力分布和湍流流场的特性,分析了其核心起旋部件的结构参数和运行时流动参数对于其分离效率和压降损失的影响规律;二是在课题组前期对于内联管式脱液器的相关工作基础上,对内联管式脱液器进行了以白油和空气为介质的室内实验研究,时其贴近实际工况,并与前期工作进行对比。通过研究发现管式脱气器的分离效率在叶片数量增加时先升高再降低,压降损失是随着叶片数量的增加而增加的,分离效率和压降损失均随着叶片数量的增加而增加。最佳的参数组合为12个叶片和30°左右的出口角度。分离效率随着入口流速的增加而增加,压降损失也是随着入口流速的增加而增加,并且呈现着先缓慢增加随后大幅增加的趋势,分离效率随着气泡粒径的增大呈现出先快速增加,到40μm值后维持较高的分离效率,对小于40μm的气泡粒径尤其是10μm以下的气泡粒径所设计的管式脱气器不具有明显的分离效率。压降损失与气泡粒径的关联性不够明显在相同工况下,对于较低的入口含气量,尤其是15%以下时管式脱气器具有较高的分离效率,当含气量继续增加时管式脱气器的分离效率呈现出较大的下降趋势。对于内联管式脱液器的实验研究展现了其作为预处理设备的分离性能,但作为主要分离设备略有不足,值得继续研究。
【学位授予单位】:北京石油化工学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TE95

【参考文献】
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