浮式生产储卸油装置自动清洗中喷嘴射流的模拟分析.pdf

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1、第40卷第6期化工机械80l浮式生产储卸油装置自动清洗中喷嘴：射流的模拟分析‘门连国+。1李玉国2刘国荣1左海强。魏玉垒3(1．中国石油大学(华东)化学工程学院；2．东营市环境监测站；3．海洋石油工程(青岛)有限公司)摘要介绍了利用高压水射流对浮式生产储卸油装置中的储油舱进行清洗的工作原理。并将锥形喷嘴和锥直彤喷嘴作了比较，着重对矩形出口喷嘴进行了数值模拟研究。该方法的应用将降低工作人员劳动强度，改善工作环境，有效缓解清洗过程中污染物排放引起的海洋环境污染问题，减少新鲜水的消耗量，降低清洗废水后续处理成本，彻底解决了传统工艺能耗高、

2、清洗效果差、污染环境以及效率低等问题。关键词喷嘴浮式生产储卸油装置自动清洗数值模拟中圈分类号TQ051．8+4文献标识码A文章编号0254-6094(2013)06--0801．04石油和天然气仍是未来很长一段时间内主要的消费能源，随着陆地油气储量的不断减少和开采难度增加，油气资源开发从陆地转向海洋、浅海滩向深海已成为必然趋势。在我国，南海石油气资源最丰富的海域，已探明有180个油气田，这些油气田多位于水深500—2000m区域⋯。而浮式生产储卸油装置(FloatingProductionStorageandOffloadingSy

3、stem，FPSO)作为集海上油气处理、储油、卸油、发电、供热、控制和生活功能为一体的浮式容器状生产系统，具有投资小、建造周期短、储油能力大、适应水深范围广、迁移方便及可重复使用等优点，已经广泛用于深海、浅海滩和边际油田的开发‘21。高压水射流清洗原理是用高压泵打出高压水，经过射流元件把高压力、低流速的水转换为低压力、高流速的射流，然后以很高的冲击动能，连续不断地作用在被清洗表面，从而使垢物脱落，达到清洗目的。世界各国在清洗作业中大都倾向采用该技术，其清洗份额已占总份额的80％左右，广泛应用于石油、化工、医药、轻工、食品、冶金、机械

4、制造、军工及核电站等行业日q1。随着对水射流清洗机理的深入研究，各种清洗机和清洗设备相继问世，并大量投放市场，水射流清洗这一高效、清洁的清洗技术在这些部门也会很快得到应用哺】。笔者开发了一种自动清洗设备，利用高压水射流完成对FPSO上储油舱的清洗，现对高压水射流的喷嘴进行数值模拟分析。1清洗原理储油舱或储油罐中的油泥是指所储油品中的机械杂质、沙粒、泥土、重金属盐类、石蜡以及沥青质等组分会因为比重不同而自然沉降，积累在船舱底部，形成胶状物质层¨，s，。它既是高浓度的污染物，又是一种很好的可回收、再利用资源。自动清洗机的清洗过程首先要添

5、加聚合物添加剂，使船舱内附着的高粘度沉积物发生改性，从而易于自动清洗机的清洗、排污和输送。添加剂与底泥接触一定时间后，将自动清洗机由人孔放人舱底开始清洗，其清洗作业流程是按照设定的运行轨迹在舱底行进，行进过程中，高压水通过高压软管输送到清洗机上的喷嘴，在舱底形成淹没射流将底泥激起形成流化状态，通过吸污口利用软管输送到舱外。自动清洗机运行轨迹根据舱体}中国石油大学(华东)研究生创新工程资助项目(CX．1213，14C02062A)。}}f-1连国，男，1987年8月生，硕士研究生。山东省青岛市，266580。802化工机械2013焦底

6、部结构进行优化设计。此过程中，舱底清洗机的运行轨迹及所处位置均可监控，直至舱底含油污泥得到全部清除。吸出舱外的油泥进入后续处理装置进行处理，后续处理装置为撬装式设备，实现对油泥的资源回收与无害化处理。并把清洗产生的油泥污水进行处理，获得循环水继续用于清洗作业。自动环保清洗技术在清洗过程中，减少了中间环节人工操作失误导致污染物外溢而引起的环境污染问题，减少了各类化学清洗剂的种类和数量，降低了回收油泥的无害化、减量化和资源化处理的难度，降低了清洗废水续处理成本。2锥形喷嘴和锥直形喷嘴流场模拟比较射流系统通过水射流打击泥沙一1，并将激起的

7、泥沙通过抽吸方式输出舱外，进行油泥无害化处理。射流系统中最关键的元件是喷嘴，喷嘴在清洗污油罐中已经有广泛的应用¨⋯。比较常见的喷嘴有锥形喷嘴和锥直形喷嘴，为提高清洗效果要选取最优的喷嘴形式。通过大量的数值模拟计算⋯1，对比两种喷嘴轴线上省方向速度的衰减规律即可知道哪种喷嘴更优。图1为两种喷嘴轴线速度的衰减曲线。图1两种喷嘴的轴线速度从图1中可以看出，水从两种喷嘴射出后速度基本相等，与喷嘴距离较近时速度差别也不大。但是随着离喷嘴的距离增加，锥形喷嘴速度衰减比锥直形喷嘴更快，而且随着距离的增加这种差别越来越大。到220mm处锥形喷嘴轴线

8、速度基本衰减到零，而锥直形喷嘴一直到250mm处才衰减到零，说明锥直形喷嘴具有更好的集束性。这是因为锥形喷嘴收缩段出口速度方向比较发散，在喷嘴出口存在湍动有能量耗散，而锥直形喷嘴经过一段圆柱段的导向后速度方向比较一致。因此，笔者选择锥