稠油温度对除砂器除砂性能的影响
发布时间：2021-08-30 17:48
稠油是我国的重要资源,其物性受温度的影响较大。而稠油物性的改变则会严重影响除砂器的除砂效果,增加不必要的能量损耗,甚至导致整个除砂系统及管道无法正常运行。本文将利用理论分析与数值模拟相结合的方法研究稠油温度对除砂器除砂性能的影响。主要研究内容如下:（1）研究稠油的性质,分类与组分。了解稠油在不同温度下的特点及对应的动力黏度。（2）基于液固分离原理,建立除砂器的几何模型。采用RNG k-ε模型、对流项的QUICK离散格式、压力梯度项的PRESTO!压力插补格式和压力速度耦合SIMPLEC算法对除砂器液相流场进行数值模拟计算,分析研究液相流场的速度、压力、湍流分布规律。（3）采用DPM模型在液固两相（稠油除砂）与液液固三相（含水稠油除砂）模拟的基础上,改变稠油温度,颗粒直径,油水混合比三个主要参数。经过174组液固两相模拟与162组液液固三相模拟,明确了除砂效率与稠油温度、颗粒直径、油水混合比之间的关系。（4）对模拟结果进行分析,综合考虑提高分离效率与减少能量损耗两方面因素确定了在实际工况中,34℃（动力黏度为1.860 Pa·s）为进行油水混合比为0.2的含水稠油除砂的最适温度;38℃（...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水力旋流除砂器基本结构
8图2-2流体流动形式2.2除砂器的性能指标通常来讲，除砂器的性能指标指的是除砂器的分离效率与压降，而这两个性能指标也是评价除砂器好坏最重要的两个标准。分离效率指的是除砂器分离所需分离物的能力，而压降则指的是在分离过程中除砂器需要消耗的能量。在两个性能指标中，分离效率最为重要。因为对于能量的损耗，有许多方法可以进行弥补，而在实际工况中提高分离效率则相当的困难。2.2.1分离效率除砂器在石工行业最重要的作用就是将砂粒与气液分离，所以除砂器对于砂粒的分离能力是衡量其好坏最为重要的指标。对于除砂器对砂粒的分离能力我们一般用分离效率来表示，分离效率越高除砂性能越好。同时分离效率也可以反应除砂器结构参数设定的合理性，对于除砂器结构的改进有着重要的参考作用。除砂器的分离效率是指进入除砂器的总粒子中被成功分离的粒子所占的百分比，具体表现为从底流口被集砂筒捕集的粒子与从进料口进入除砂器粒子的比值。表达式如下所示%10012×=SSη（2-1）式中，S1——从进料口进入除砂器的粒子总质量(kg)S2——在集砂筒被成功捕集的粒子总质量(kg)由于这种计算方法过于简单，所以在精确性上略有不足。在实际的生产应用中为了提高计算的精确性，人们通常使用分级效率算法对除砂器的分离效率进行计算[24]。表达式如下所示%1001122×=iiiigSgSη（2-2）
17们引入了N-S方程，并通过以N-S方程建立数学模型的方法对湍流的流动过程进行模拟。关于湍流数值模拟的方法，目前主要有直接数值模拟法和非直接数值模拟法两种。直接模拟方法比较“简单粗暴”，其并不使用任何模型，直接使用计算机通过较大的计算量对N-S方程进行计算求解。这种方法适用范围较小并且需要计算功能较为强大的计算机才能完成。非直接模拟法应用范围较广，主要是使用大涡模拟和雷诺平均模拟两种方法进行计算[41]。具体数值模拟分类如图3-1所示：图3-1Fluent中提供的湍流模型有标准kε模型、单方程模型、RNGkε模型、Realizablekε模型、Reynolds应力方程模型、大涡模拟方法（LES）、代数应力方程模型等。下面将对在油气储运方面应用最为广泛的三种模型进行介绍：1、标准的kε模型在Fluent中，kε模型是较早投入应用的模型之一，同时也是许多其他模型的基矗kε模型由两组独立的方程组成，主要是对速度和长度两个物理量分别进行计算。在该模型中k表示由湍动能引起的动量变化，ε表示湍动能由于克服黏性力做功而转化为热运动动能的转化速率。它是由科学家们从各类实验结果中总结出的经验方程。kε模型适用于大多数湍流模型，但精度与其他模型相比较低。kε模型可表现为下面两个方程：()()()ktbkjktjiiSMGGxkxxkutk+++++=+2ρε21σμμρρ（3-7）()()()εεεεεερεεσμμρερεSkCGCGkCxxxutbkjtjii++++=+2231（3-8）
【参考文献】：
期刊论文
[1]水力旋流器工作效率提高策略探究[J]. 孟令丽. 黑龙江工业学院学报(综合版). 2018(05)
[2]FLUENT软件在油气储运工程领域的应用[J]. 金俊卿,郑云萍. 天然气与石油. 2013(02)
[3]超稠油改质降黏机理研究[J]. 吴川,陈艳玲,王元庆,杨超. 西南石油大学学报(自然科学版). 2010(02)
[4]浅谈水力旋流器在高岭土生产中的应用[J]. 邓元臣,周月海. 非金属矿. 2007(S1)
[5]低温氧化对原油组成的影响[J]. 程月,张悫,袁鉴,张锁兵,路遥,陈兴娟. 化学研究. 2007(01)
[6]稠油化学组成对其粘度影响的灰熵分析[J]. 程亮,邹长军,杨林,江四虎,蒲远洋. 石油化工高等学校学报. 2006(03)
[7]除油旋流器入口流量与基本性能的关系研究[J]. 舒朝晖,陈文梅,褚良银. 化工机械. 2003(03)
[8]天然气三甘醇脱水系统工艺技术[J]. 王念兵,王东芳,张辉. 油气田地面工程. 2003(05)
[9]液-液旋流器分流比特性系数研究[J]. 倪玲英,王剑. 过滤与分离. 2001(01)
[10]特稠油、超稠油油藏热采开发模式综述[J]. 刘文章. 特种油气藏. 1998(03)
博士论文
[1]固体燃料冲压发动机燃烧组织技术研究[D]. 刘巍.国防科学技术大学 2010
硕士论文
[1]新型除砂器压力调节与分离效率的研究[D]. 刘一旦.西安石油大学 2018
[2]水力旋流器的结构设计与优化研究[D]. 夏凡.青岛大学 2018
[3]水—砂旋流器液固分离数值模拟及结构优化[D]. 王爽.武汉工程大学 2017
[4]三相旋流式分离器液固出口结构对分离效率的影响[D]. 于洋.西安石油大学 2017
[5]结构参数对旋流除砂器壁面磨损和分离性能的影响研究[D]. 杜驰.西安石油大学 2017
[6]微型气液旋流器性能及应用研究[D]. 陈广.华东理工大学 2016
[7]构造参数与操作条件对油水旋流分离器性能影响的CFD模拟[D]. 何琴.重庆大学 2015
[8]普通稠油氧化反应特征研究[D]. 张学彬.华南理工大学 2015
[9]管柱式气液固三相旋流分离器的性能研究[D]. 钟秋月.大连理工大学 2013
[10]基于CFD的三氟甲烷灭火系统运行规律研究[D]. 赵询霞.天津大学 2009
本文编号：3373232
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水力旋流除砂器基本结构
8图2-2流体流动形式2.2除砂器的性能指标通常来讲，除砂器的性能指标指的是除砂器的分离效率与压降，而这两个性能指标也是评价除砂器好坏最重要的两个标准。分离效率指的是除砂器分离所需分离物的能力，而压降则指的是在分离过程中除砂器需要消耗的能量。在两个性能指标中，分离效率最为重要。因为对于能量的损耗，有许多方法可以进行弥补，而在实际工况中提高分离效率则相当的困难。2.2.1分离效率除砂器在石工行业最重要的作用就是将砂粒与气液分离，所以除砂器对于砂粒的分离能力是衡量其好坏最为重要的指标。对于除砂器对砂粒的分离能力我们一般用分离效率来表示，分离效率越高除砂性能越好。同时分离效率也可以反应除砂器结构参数设定的合理性，对于除砂器结构的改进有着重要的参考作用。除砂器的分离效率是指进入除砂器的总粒子中被成功分离的粒子所占的百分比，具体表现为从底流口被集砂筒捕集的粒子与从进料口进入除砂器粒子的比值。表达式如下所示%10012×=SSη（2-1）式中，S1——从进料口进入除砂器的粒子总质量(kg)S2——在集砂筒被成功捕集的粒子总质量(kg)由于这种计算方法过于简单，所以在精确性上略有不足。在实际的生产应用中为了提高计算的精确性，人们通常使用分级效率算法对除砂器的分离效率进行计算[24]。表达式如下所示%1001122×=iiiigSgSη（2-2）
17们引入了N-S方程，并通过以N-S方程建立数学模型的方法对湍流的流动过程进行模拟。关于湍流数值模拟的方法，目前主要有直接数值模拟法和非直接数值模拟法两种。直接模拟方法比较“简单粗暴”，其并不使用任何模型，直接使用计算机通过较大的计算量对N-S方程进行计算求解。这种方法适用范围较小并且需要计算功能较为强大的计算机才能完成。非直接模拟法应用范围较广，主要是使用大涡模拟和雷诺平均模拟两种方法进行计算[41]。具体数值模拟分类如图3-1所示：图3-1Fluent中提供的湍流模型有标准kε模型、单方程模型、RNGkε模型、Realizablekε模型、Reynolds应力方程模型、大涡模拟方法（LES）、代数应力方程模型等。下面将对在油气储运方面应用最为广泛的三种模型进行介绍：1、标准的kε模型在Fluent中，kε模型是较早投入应用的模型之一，同时也是许多其他模型的基矗kε模型由两组独立的方程组成，主要是对速度和长度两个物理量分别进行计算。在该模型中k表示由湍动能引起的动量变化，ε表示湍动能由于克服黏性力做功而转化为热运动动能的转化速率。它是由科学家们从各类实验结果中总结出的经验方程。kε模型适用于大多数湍流模型，但精度与其他模型相比较低。kε模型可表现为下面两个方程：()()()ktbkjktjiiSMGGxkxxkutk+++++=+2ρε21σμμρρ（3-7）()()()εεεεεερεεσμμρερεSkCGCGkCxxxutbkjtjii++++=+2231（3-8）
【参考文献】：
期刊论文
[1]水力旋流器工作效率提高策略探究[J]. 孟令丽. 黑龙江工业学院学报(综合版). 2018(05)
[2]FLUENT软件在油气储运工程领域的应用[J]. 金俊卿,郑云萍. 天然气与石油. 2013(02)
[3]超稠油改质降黏机理研究[J]. 吴川,陈艳玲,王元庆,杨超. 西南石油大学学报(自然科学版). 2010(02)
[4]浅谈水力旋流器在高岭土生产中的应用[J]. 邓元臣,周月海. 非金属矿. 2007(S1)
[5]低温氧化对原油组成的影响[J]. 程月,张悫,袁鉴,张锁兵,路遥,陈兴娟. 化学研究. 2007(01)
[6]稠油化学组成对其粘度影响的灰熵分析[J]. 程亮,邹长军,杨林,江四虎,蒲远洋. 石油化工高等学校学报. 2006(03)
[7]除油旋流器入口流量与基本性能的关系研究[J]. 舒朝晖,陈文梅,褚良银. 化工机械. 2003(03)
[8]天然气三甘醇脱水系统工艺技术[J]. 王念兵,王东芳,张辉. 油气田地面工程. 2003(05)
[9]液-液旋流器分流比特性系数研究[J]. 倪玲英,王剑. 过滤与分离. 2001(01)
[10]特稠油、超稠油油藏热采开发模式综述[J]. 刘文章. 特种油气藏. 1998(03)
博士论文
[1]固体燃料冲压发动机燃烧组织技术研究[D]. 刘巍.国防科学技术大学 2010
硕士论文
[1]新型除砂器压力调节与分离效率的研究[D]. 刘一旦.西安石油大学 2018
[2]水力旋流器的结构设计与优化研究[D]. 夏凡.青岛大学 2018
[3]水—砂旋流器液固分离数值模拟及结构优化[D]. 王爽.武汉工程大学 2017
[4]三相旋流式分离器液固出口结构对分离效率的影响[D]. 于洋.西安石油大学 2017
[5]结构参数对旋流除砂器壁面磨损和分离性能的影响研究[D]. 杜驰.西安石油大学 2017
[6]微型气液旋流器性能及应用研究[D]. 陈广.华东理工大学 2016
[7]构造参数与操作条件对油水旋流分离器性能影响的CFD模拟[D]. 何琴.重庆大学 2015
[8]普通稠油氧化反应特征研究[D]. 张学彬.华南理工大学 2015
[9]管柱式气液固三相旋流分离器的性能研究[D]. 钟秋月.大连理工大学 2013
[10]基于CFD的三氟甲烷灭火系统运行规律研究[D]. 赵询霞.天津大学 2009
本文编号：3373232
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