[发明专利]一种仰角式油水分离器性能研究方法

说明书

技术领域

本发明属于石油与天然气工程领域，尤其涉及一种仰角式油水分离器性能研究方法。

背景技术

大庆油田于2006年开展了仰角式油水分离器的研制工作，最终开发出了规格的仰角式油水分离器，所开发的仰角式油水分离器主要由支架、分离罐、油出口、水出口、进液口、填料部等部分组成。

2009年仰角式油水分离器在大庆油田南二联站和北五联站进行了现场应用试验，现场应用显示仰角式油水分离器比常规卧式油水分离器的处理量提高了50％-60％，节省投资43％以上，实现了油水分离工艺技术的高效益。

针对常规立式和卧式气液分离器的缺点和不足，西南石油大学也进行了相关的研究工作，于2008年提出了一种斜板式气液分离器的设计概念，该型分离器也采用将传统卧式分离器和立式分离器相结合的方式，采用仰角式结构。斜板式气液分离器主要由分布器、分层室、筒体、出液口、出气口等部件构成，研究表明斜板式气液分离器具有结构简单、分离效果好、分离时间短等特点。

尽管研究人员针对仰角式油水分离器进行了众多的研究工作，但由于影响油水分离过程的因素众多，且仰角式油水分离器的结构形式多种多样，至今还未形成一套较为完整的设计理论和方法。仰角式油水分离器的设计或选型还主要依靠经验数据，主观性较强，所选用的分离器往往达不到最佳的分离效果。因此，为提高油水分离效率，还须对仰角式油水分离器的内部流场和油滴运动规律进行深入的研究，在此基础上，合理的设计仰角式油水分离器的结构，为该型分离器的设计和推广应用提供切实可靠的参考依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仰角式油水分离器，旨在解决现有的仰角式油水分离器的设计或选型还主要依靠经验数据，主观性较强，所选用的分离器往往达不到最佳的分离效果的问题。

本发明是这样实现的，一种仰角式油水分离器分离性能测定方法，具体步骤如下：

步骤一、建立仰角式油水分离器几何模型，包括确定模型几何尺寸、选取模型坐标和对模型进行网格划分；

步骤二、选取数值模拟方法，在模拟过程中，模拟介质为水和原油，油水分离温度认为是恒温50℃，湍流模型选用Realizable k-ε模型，多相流模型采用混合物模型，在Fluent软件中选用绝对稳定的二阶迎风格式作为控制方程的离散格式，在数值模拟过程中选用SIMPLE方法；

步骤三、分别对0°-30°不同仰角下的油水分离器进行数值模拟，对不同仰角下模型的油出口水相体积含量、水出口油相体积含量和油水分离效率进行统计；

进一步，建立仰角式油水分离器几何模型的具体步骤如下：

第一步、仰角式油水分离器几何模型的几何尺寸数据如下：处理量300m³/d，停留时间6min，含油浓度取为10％，混合物进口直径70mm，水出口直径50mm，油出口直径50mm。

第二步、模型坐标的选取；建模过程中选用的坐标系为笛卡尔坐标系，轴向为坐标轴x，径向为坐标轴y、z，原点位于分离器左端截面的中心处，坐标轴的选取；

第三步、模型的网格划分；在Gambit中采用自适应网格，为了保证网格划分的精度和适应性，网格的密度设置为2.5mm×2.5mm，整个计算区域包括483612个网格单元，其中分液管部分包括5149个网格单元。

进一步，油水分离过程的控制方程如下：

(1)流动控制方程

油水分离流动的控制方程包括连续性方程和动量方程，对于湍流的不可压缩流体，其时均方程的张量形式如下：

连续性方程：