軸流式脫氣除砂三相旋流分離器操作參數(shù)優(yōu)選芻議

李家丞(東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163000)

將軸流式脫氣除砂三相旋流分離器應(yīng)用在油田生產(chǎn)過(guò)程中，可以保證壓力穩(wěn)定，有效地規(guī)避設(shè)備的堵塞與腐蝕，對(duì)于油田生產(chǎn)安全與設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行都產(chǎn)生了積極的影響。在這種情況下，必須高度重視實(shí)際操作過(guò)程中參數(shù)選擇的合理性。

1 脫氣除砂分離器結(jié)構(gòu)分析

脫氣除砂三相旋流分離器的應(yīng)用目的就是有效地處理油田現(xiàn)場(chǎng)采出液的含氣與含砂問(wèn)題。通常情況下，脫氣除砂三相旋流分離器的結(jié)構(gòu)主要包括了溢流管、螺旋流道、旋流腔、錐段、底流口、尾管段、排砂口和兩個(gè)截面，即截面Ⅰ與截面Ⅱ。

其中，截面Ⅰ和螺旋流道底端的距離是25毫米，而截面Ⅱ和分離器的底端距離也是25毫米[1]。其中，溢流管、排液管以及螺旋入口與排砂口都是組成脫氣除砂三相旋流分離器的重要部分。特別是螺旋流道入口，能夠使得混合介質(zhì)從低速直線式流動(dòng)的狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變成高度渦流式的流動(dòng)狀態(tài)，而流體的流動(dòng)會(huì)始終沿著平滑曲線實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)性地變化，有效地規(guī)避了強(qiáng)烈地沖擊以及摩擦損失的出現(xiàn)，一定程度上也減少了壓力降，實(shí)現(xiàn)了能源消耗量的降低。在此基礎(chǔ)上，實(shí)際的處理量也明顯提高，分離的效率更加明顯。

2 軸流式脫氣除砂三相旋流分離器的數(shù)值模擬研究

通過(guò)對(duì)脫氣除砂三相旋流分離器實(shí)際效果產(chǎn)生影響的因素分析，在合理轉(zhuǎn)變操作參數(shù)的情況下，闡述對(duì)于分離器分離性能的影響規(guī)律，以供參考。

2.1 入口處理量參數(shù)

旋流器的固定結(jié)構(gòu)，一般其入口的尺寸都是固定數(shù)值。在這種情況下，入口處理量的變化將對(duì)速度產(chǎn)生直接的影響，特別是混合介質(zhì)分離的效率。為此，必須深入研究并分析入口處理量這一參數(shù)。在實(shí)踐過(guò)程中，應(yīng)選擇不同的入口處理量展開(kāi)模擬分析。

針對(duì)此參數(shù)不同的情況，旋流器的截面Ⅱ位置，其氣象體積分?jǐn)?shù)會(huì)跟隨入口處理量的增加而明顯提高。但是，側(cè)向出口周邊的Fvg則與處理量呈反比例關(guān)系[2]。為此，當(dāng)處于特定范圍之內(nèi)，處理量的適當(dāng)增加在分離氣相方面具有積極的影響。

對(duì)于不同的入口處力量來(lái)說(shuō)，截面Ⅰ位置切向速度回根據(jù)處理量的改變而發(fā)生變化。其中，切向速度與變化梯度會(huì)在處理量增加的情況下不斷提高。在切向速度相對(duì)較大的情況下，離心力以及離心加速度也會(huì)明顯加快，便于介質(zhì)的有效分離。如果切向速度過(guò)大的情況下，會(huì)使得離子破碎不斷加快，影響分離的實(shí)際效率。由此可見(jiàn)，必須保證所選擇的處理量適中。

根據(jù)不同的入口處理量情況分析，旋流器的截面Ⅰ的位置，根據(jù)軸向速度分布對(duì)比發(fā)現(xiàn)，位于分離器邊壁的位置，處理量控制在每小時(shí)4.9-7.8立方米范圍之內(nèi)會(huì)不斷提高，而且軸向速度會(huì)不斷變大，對(duì)于固體分離產(chǎn)生了積極的影響[3]。而在軸心的位置，則會(huì)跟隨處理量的增加，使得軸向速度也不斷增加，而在處理量提高至每小時(shí)7.8立方米的時(shí)候，軸向速度卻明顯降低。由此可見(jiàn)，軸心位置軸向速度在排出氣體方面產(chǎn)生了積極的影響。

對(duì)于不同的入口處理量，旋流器的截面Ⅰ位置壓力降的分布伴隨處理量的增加，壓力損失也會(huì)明顯增加。需要注意的是，這種情況與節(jié)能理念有所違背，所以，在對(duì)分離器處理量進(jìn)行選擇的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)分離的效率與壓力降等諸多因素予以綜合考慮。

根據(jù)上述模擬分析研究，在對(duì)參數(shù)模擬研究方面，選擇處理量為每小時(shí)6.4立方米不改變的條件，底流氣相體積分?jǐn)?shù)并不是過(guò)高，而且壓力損失不大，具有較強(qiáng)的分離效果。

2.2 溢流分流比參數(shù)

在處理量固定在每小時(shí)6.4立方米的情況下，模擬出溢流分流比是34%,36%,38%,40%,42%的不同情況。在溢流分流比不同的條件下，利用相關(guān)圖示可以展現(xiàn)旋流器截面Ⅱ位置的氣相體積分?jǐn)?shù)對(duì)比情況[4]。

其中，伴隨溢流分流比的提高，側(cè)向出口的Fvg并沒(méi)有發(fā)生改變，而體積分?jǐn)?shù)趨于零。在底流口周圍，伴隨溢流分流比的增加，F(xiàn)vg會(huì)隨之降低。由此可見(jiàn)，溢流分流比的適當(dāng)提高對(duì)于氣相分離十分有益。

當(dāng)處于不同溢流分流比的情況下，旋流器的截面Ⅰ位置軸向速度會(huì)伴隨溢流分流比的提高，軸心周邊軸向速度稍微增加，為氣相排出提供了必要的保障。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在模擬分析軸流式脫氣除砂三相旋流分離器的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)卦黾犹幚砹颗c分流比對(duì)分離器分離效果的增強(qiáng)十分有利，但需要注意的是，不應(yīng)當(dāng)過(guò)大亦或是過(guò)小，以免影響分離的質(zhì)量與效率。由此可見(jiàn)，軸流式脫氣除砂三相旋流分離器應(yīng)用在石油與化工等行業(yè)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]蔣明虎,李永山,徐保蕊等.軸流式脫氣除砂三相旋流分離器操作參數(shù)優(yōu)選[J].化工機(jī)械,2015(1)：68-71,153.

[2]丁健,孫茂生,王建軍等.氣液固三相旋流器的結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)及性能試驗(yàn)[C].全國(guó)第十二屆非均相分離學(xué)術(shù)交流會(huì)暨2015廈門(mén)臺(tái)灣兩地過(guò)濾與分離技術(shù)交流大會(huì)論文集.2015：514-525.

[3]劉宇程,程齊暄,田豐等.集砂孔尺寸對(duì)三相旋流分離器內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)影響分析[J].石油和化工設(shè)備,2014(9)：5-7.

[4]張力,張城熙.基于響應(yīng)曲面法的泥沙分離器的數(shù)值模擬[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2015(8)：124-127.