海底井口污水除油旋流器分离效率与参数优化研究

作     者：林高钦 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：顾临怡

授予年度：2013年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：水力旋流器 污水除油 油水分离 CFD仿真 结构优化 

摘      要：随着各国石油开采的趋势向深海领域发展,水下生产系统产生的含油污水的处理将是各国石油行业面临的一个问题和挑战。相比其他污水处理设备,水力旋流器作为一种用于油水分离的高效装置,以其特殊的分离原理和简单的结构在两相分离的各个领域里得到了极其广泛的应用。本文针对深水油田水下生产系统中采油井口的除油型水力旋流器的实际工作环境与参数限制等问题做了分析研究,提出了该除油型旋流器的整体结构方案,并通过CFD数值模拟软件FLUENT对旋流器的结构以及操作参数进行了探索分析,并通过对它们的优化研究得到该除油旋流器的整体优化组合结构。最后对该海底井口除油型旋流器进行了流场的仿真分析并通过样机试验验证仿真结论。全文各个章节内容如下： 第一章首先介绍了水力旋流器课题的研究背景,在水力旋流器的综述部分中对水力旋流器的分类及各自的优缺点做了阐述;其次,介绍了水力旋流器的国内外发展历史及新近概况;最后简要说明了本文研究的目的、意义及主要内容。 第二章针对深水油田中采油井口的实际工作环境和参数要求,结合传统静态式和动态式旋流器的各自优点,提出一种用于污水除油旋流器的整体结构方案。并通过选择及确定其合适的模型与参数对旋流器进行CFD建模 第三章通过CFD仿真对旋流器的关键部件进行优化研究,重点介绍了旋流器的核心部件旋转栅与收油嘴结构的优化分析;其次,通过正交仿真试验确定涡流前推锥段与稳流段的最优尺寸;最后结合以上分析,确定海底采油井口除油用旋流器整体优化后的尺寸结构。 第四章对结构优化后除油旋流器在实际工况下的流场进行仿真分析,探索研究其流场中各个参数的具体分布与影响;并分析转速、流量及进口压力等操作参数对旋流器分离效率的影响。 第五章搭建旋流器样机性能测试台架,通过对本文研究的海底采油井口除油旋流器样机进行现场试验来验证CFD仿真结论。 第六章对全文的研究内容进行总结,并展望水力旋流器的后续研究。