立式沉降罐分离特性研究及结构优化

发布时间：2017-09-20 15:44

  本文关键词：立式沉降罐分离特性研究及结构优化

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【摘要】：我国大部分油田均采用注水方式及三元聚合驱油方式进行开发,随着油田的不断开发,目前多数油田已进入高含水开发期,采出液中含大量污水。现我国大多数油田都采用沉降法实现分离,受工艺限制立式沉降罐仍为我国油田应用最广,最为普遍的油水分离设备,在实际生产中尤为重要。因此,通过研究立式沉降罐内的流场特性,分析沉降机理,找出影响沉降罐油水分离的因素,从而通过对沉降机理研究指导设计出可以提高沉降罐分离效率的结构及工艺改进,进而缩短沉降时间,增强分离性能,对油田实际生产来说意义重大。本文通过计算流体动力学方法对立式沉降罐进行物理模型及数学模型的建立,采用非结构性网格对沉降罐进行网格划分,采用Ansys软件对10000m3沉降罐进行三维数值模拟,通过对沉降罐内流场特性、及沉降罐结构形式对内部流场的影响等方面进行分析。研究得出立式沉降罐沉降机理,并模拟得出沉降罐内部单个油滴粒子在沉降罐过程中的受力情况,及沉降过程中的动力学变化规律。同时模拟出油滴粒子群在沉降罐内的沉降过程中的分布状态及规律。得出不同时刻沉降罐内部分离情况。根据本文所述沉降机理,分析结构对沉降罐内油水两相分离的影响情况,发现在沉降罐内部的两级沉降分离中,缓冲区及沉降区分离效果有待改善,在油水性质及沉降罐运行参数相同的情况下,可通过改进结构加速分离提高沉降效率。因而本文在立式沉降罐内管进行了结构改进及优化,并通过数值模拟对优化结果进行验证,优化后的沉降罐内流场相对比较平稳,分离速率明显加快,分离性能显著提高,很大程度上提高了分离效率。同时对沉降罐底部添加气浮装置,合理设计排布气浮装置管线工艺,并通过现场气浮试验,通过对比分析得出了本文所设计气浮结构对立式沉降罐的分离起到一定的积极作用。
【关键词】：沉降罐 分离性能 结构优化 Ansys
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE972
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 创新点摘要6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 重力沉降罐简介11-12
• 1.3 工作原理12-13
• 1.4 常见沉降罐种类及特点13-14
• 1.4.1 立式除油罐13-14
• 1.4.2 斜板除油罐14
• 1.4.3 粗粒化除油罐14
• 1.5 沉降罐工艺及结构14-17
• 1.5.1 国内常用的处理流程14-15
• 1.5.2 立式沉降罐的结构15-17
• 1.6 沉降罐国内外发展现状17-18
• 1.7 本章小结18-19
• 第二章 影响沉降罐分离性能的因素及研究方法介绍19-24
• 2.1 除油效率的影响因素19-22
• 2.1.1 含油污水的物理性质19-20
• 2.1.2 沉降罐的运行参数20
• 2.1.3 配水管出口流速20-21
• 2.1.4 沉降罐的高度21
• 2.1.5 沉降罐的直径21-22
• 2.1.6 配水管的分布形式22
• 2.2 CFD数值模拟技术在沉降方面的应用进展22-23
• 2.2.1 应用方法简介22
• 2.2.2 国内外应用现状22-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 油水沉降分离原理及过程分析24-33
• 3.1 重力沉降基本原理24
• 3.2 液滴在重力场内的数学模型24-25
• 3.3 油滴在重力场内的运动分析25-32
• 3.3.1 油滴运动特点分析25-27
• 3.3.2 油滴受力分析27-30
• 3.3.3 油滴在沉降罐内的速度分析30-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 沉降罐内部流场分析33-48
• 4.1 沉降罐数学模型33-36
• 4.1.1 沉降罐连续性方程33-34
• 4.1.2 沉降罐运动方程34
• 4.1.3 沉降罐湍流模型选取34-35
• 4.1.4 多相流模型的选择35-36
• 4.1.5 求解器的选择36
• 4.2 初始条件和边界条件36-38
• 4.3 沉降罐几何模型的网格划分38-41
• 4.3.1 网格单元质量38-39
• 4.3.2 本模型网格划分39-40
• 4.3.3 网格独立性检验40-41
• 4.4 沉降罐有限元分析41-44
• 4.4.1 沉降罐内流动形态分析41-42
• 4.4.2 沉降罐内油水分离分布情况42-44
• 4.5 沉降罐分离性能的研究44-47
• 4.5.1 沉降时间44-45
• 4.5.2 油滴粒径45-46
• 4.5.3.介质粘度46-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第五章 结构优化及改进48-61
• 5.1 内罐预分离原理及结构48
• 5.2 斜板沉降池理论计算48-49
• 5.3 内罐预分离结构改进设计49-52
• 5.3.1 斜板倾角50-51
• 5.3.2 斜板等效间距51-52
• 5.4 内罐改进后模拟分析52-55
• 5.5 沉降罐内加气浮55-60
• 5.5.1 沉降罐改进后的工艺56-57
• 5.5.2 现场实验及结果57-60
• 5.6 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67

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