基于Eulerian模型的三维立式脱水沉降罐数值模拟.pdf

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1、北京石油化工学院学报第23卷第2期Vo1．23NO．2JournalofBeijingInstituteof2015年6月Jun．2015Petro—chemicalTechnology基于Eulerian模型的三维立式脱水沉降罐数值模拟周志强，刘德俊，赵梁，关丽(辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺113001)摘要：利用计算流体力学(CFD)分析软件ANSYS(FLUENT)的多相流Eulerian模型对三维立式脱水沉降罐油水分离过程进行了非稳态数值模拟，同时使用用户自定义函数(UDF)编写流体物性值随温度的变化关系。

2、从模拟结果中观察了温度场、体积分数和流场的细节特征，结果发现，配液管温度、油相体积分数影响配液孑L流速；进液温度在6O～80℃时，较高的温度总是有利于油水分离；罐内油相速度在乳化层处扩散。关键词：立式脱水沉降罐；CFD；温度场；流场；体积分数中图分类号：TE832．3／33文献标志码：A辽河油田的原油平均含水率达80以算油水界面相互作用时误差较大；韩海仓。。采上E，使联合站的运行成本不断增加，现有的沉用多相流Eulerian模型，考虑了进液温度变化降脱水设备脱水效率有限，通常提高原油脱水的同时，没有考虑流体随温度变化的物性值，导效

3、率的方法有提高沉降脱水温度、增加设备或致温度(能量)传递也不合理。延长处理流程等_2]。而这些措施的有效性依针对以往模型的不足，利用CFD软件赖于对沉降罐罐内温度场、流场和油水体积分FLUENT建立了三维立式脱水沉降罐(3000数分布。m。)模型，并采用多相流Eulerian模型进行计立式溢流沉降罐主要是依靠油水的密度差算，使用UDF编写原油随温度变化的物性值，进行分离，分水洗过程(水层)和水滴沉降(油对不同进液温度(60、70℃和80℃)进行了非层)两大过程]。油水混合液经进液管进入配稳态模拟，并观察了罐内温度场、油相体积分数液

4、管将混合液喷散流人沉降罐底部水层，在水以及流场的分布细节。层至油水界面处，油滴上浮水滴下沉，此过程称1立式溢流沉降罐物理模型为水洗过程；在油层至上部液面处，油水在密度差的作用下继续分离，此过程称为沉降过程。1．1几何模型与网格划分原油从上部的集油槽中溢流出，脱出水经出水立式溢流沉降罐的内部结构主要有：进液口排出。分配管、防堵塞集水管、集油漏斗、气平衡管、溢已有的基于计算流体力学(CFD)的研究是流水箱(可调节)、虹吸管、脱出水放水管]。根通过数值模拟对流场和温度场进行观察，据研究的需要，在不影响整体结果的条件下，对这对理论和实际应

5、用有一定意义。但是这些数模型的部分条件进行简化：模型中保留进液管值计算普遍采用多相流Mixture模型_6]，在计(长为罐体半径，直径为350mm，距罐底618mm)和配液管(4根相互垂直，长为4300mm，直径为300mm，距沉降罐底部1500mm，每根收稿日期：2014—09—12作者简介：周志强(1988)，男，硕士，研究方向为稠油掺稀配液管上均匀分布5个直径为160mm的配液输送工艺研究，E—mail：443436880@qq．corn；刘德俊(1967一)，男，硕士，副教授，主要从事原油及成品油管道输送孔)；溢流水箱和集

6、水管简化为出水口(直径为技术研究，通讯联系人，E—mail：ldj8448@163．corn。350mm，高为0．618m)；集油漏斗简化为出油第2期周志强等．基于Eulerian模型的三维立式脱水沉降罐数值模拟17油体积分数为2O，除比热容外，原油的物性一0．137(1——0．54×10一。1、)／dl(10)值为温度的函数_1，FLUENT可以通过被动式中：为原油导热系数，w／(m·℃)；dl为连接用户自定义函数(UDF)实现用户特殊物原油15℃时的相对密度。性值定义，使用DEFINE—PROPERTY宏编写原油比热容使用Pi

7、ecewise—linear函数C语言程序并加载到FLUENT材料定义中。定义：原油黏度：1c一圭(1．687+3．39×10T)(11)一10一1；z—(1．8T+32)∞；~／p15。—io；Z==：5．6926—2．8625／A。(8)式中：c为原油比热容，kJ／(kg·℃)；肌为15式中：为原油黏度，mPa·S；T为温度，℃；△。℃时原油密度，t／m。。为15℃原油的相对密度。1．3网格无关性验证原油密度：考虑到计算经济，仅采用单相流稳态模型020模拟充水过程来验证网格无关性。罐内初始装．l0—’满温度为20℃的水，混合人

8、口水相体积分数为O／一(2．513—1．975×10～P2o)10(9)1，温度为70℃，监控靠近进液管的配液管正上式中：10、』D。。分别为温度为T℃和2O℃的原油方2m处线段的流场和温度场(数据读取以z毯赠密度，kg／m。。方向为准)，如图2所