螺旋结构三相分离旋流器流场分析与结构优选
本文选题:三相分离 + 流场特性 ; 参考:《东北石油大学》2017年硕士论文
【摘要】:本文研究了三相分离的研究背景及其分离方法,包括沉降分离、离心分离和碰撞聚结分离技术,介绍了这些分离技术的分离原理、分离特点。主要研究了旋流分离技术在三相分离上的应用与发展,进而阐述了三相旋流分离技术对实现油气水三相分离的可行性,介绍了其研究现状。基于常规双锥油水分离旋流器对油水分离效果显著和内锥式水力旋流器对气相分离有利的两大优势,设计出带有螺旋结构的油气水三相分离旋流器。应用三维建模软件SolidWorks和计算流体力学软件Fluent对三相分离旋流器的初始模型进行网格独立性检验,确定建模方案,得到旋流器结构模型。在模型结构优选设计时把旋流器结构参数分为两部分,外部分离一段和内部分离二段(常规双锥油水分离旋流器模型),通过单一因素法确定内部分离二段在研究范围内的最优结构后,利用正交手段对外部分离一段进行结构优化,并得到气相溢流口横截面积、气相溢流管伸入长度、螺旋结构导程、螺旋结构高度、螺旋结构头数对气、油两相分离效果的影响规律和影响程度。同时通过数值模拟对比初始结构和优选后的结构,研究分析了三相分离旋流器的速度分布、压力损失分布和气油两相的体积分数分布。对螺旋结构三相分离旋流器操作参数的影响规律进行了研究。对旋流器的主要操作参数,包括流量、气相分流比和油相分流比进行了数值模拟研究,对其速度分布、压力损失分布和气油两相的体积分数分布情况进行了对比分析。设计了室内试验的方案,并通过对螺旋结构三相分离旋流器进行室内试验和数值模拟分析,得出旋流器外筒内部有无螺旋结构、螺旋结构棱的横截面积形状和流量、气相溢流分流比和油相出口分流比对水相出口压力损失、气相分离效率及水相分离效率的影响。
[Abstract]:In this paper, the research background and separation methods of three-phase separation are studied, including sedimentation separation, centrifugal separation and collision coalescence separation. The separation principle and characteristics of these separation techniques are introduced. This paper mainly studies the application and development of cyclone separation technology in three-phase separation, and then expounds the feasibility of three-phase cyclone separation technology to realize oil-gas-water three-phase separation, and introduces its research status. Based on the two advantages of conventional double cone oil-water separation hydrocyclone and the advantages of internal cone hydrocyclone for gas-phase separation, a oil-gas-water three-phase separation cyclone with spiral structure is designed. Three dimensional modeling software SolidWorks and computational fluid dynamics software Fluent are used to verify the grid independence of the initial model of the three-phase separation cyclone. The modeling scheme is determined and the structure model of the cyclone is obtained. The structure parameters of the hydrocyclone are divided into two parts in the optimal design of the model structure. External separation stage and internal separation stage (conventional two-cone oil-water separation hydrocyclone model), after determining the optimal structure of the internal separation stage in the study area by single factor method, the structure of the external separation stage is optimized by orthogonal method. The influence of cross sectional area of gas overflow nozzle, the length of gas overflow pipe, the lead of spiral structure, the height of spiral structure and the number of head of spiral structure on the separation effect of gas and oil were obtained. At the same time, the velocity distribution, pressure loss distribution and volume fraction distribution of the gas and oil phases are studied and analyzed by comparing the initial structure and the optimized structure by numerical simulation. The influence of operating parameters on three-phase separation hydrocyclone with helical structure is studied. The main operating parameters of hydrocyclone, including flow rate, gas phase distribution ratio and oil phase distribution ratio, are numerically simulated. The velocity distribution, pressure loss distribution and volume fraction distribution of gas-oil phase are compared and analyzed. The indoor test scheme is designed, and through the indoor test and numerical simulation analysis of the spiral structure three-phase separation cyclone, it is concluded that there is no spiral structure in the outer cylinder of the cyclone, the cross sectional area shape and flow rate of the spiral structure edge are obtained. The effects of gas phase overflow ratio and oil phase exit ratio on the pressure loss of water phase exit, gas phase separation efficiency and water phase separation efficiency.
【学位授予单位】:东北石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TE937
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,本文编号:1983213
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