李家丞(東北石油大學，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，對于油田生產(chǎn)安全與設(shè)備穩(wěn)定運行都產(chǎn)生了積極的影響。在這種情況下，必須高度重視實際操作過程中參數(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)場采出液的含氣與含砂問題。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)從低速直線式流動的狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變成高度渦流式的流動狀態(tài)，而流體的流動會始終沿著平滑曲線實現(xiàn)平穩(wěn)性地變化，有效地規(guī)避了強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，實現(xiàn)了能源消耗量的降低。在此基礎(chǔ)上，實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

通過對脫氣除砂三相旋流分離器實際效果產(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)。在實踐過程中，應(yīng)選擇不同的入口處理量展開模擬分析。

針對此參數(shù)不同的情況，旋流器的截面Ⅱ位置，其氣象體積分數(shù)會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，當處于特定范圍之內(nèi)，處理量的適當增加在分離氣相方面具有積極的影響。

對于不同的入口處力量來說，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在處理量增加的情況下不斷提高。在切向速度相對較大的情況下，離心力以及離心加速度也會明顯加快，便于介質(zhì)的有效分離。如果切向速度過大的情況下，會使得離子破碎不斷加快，影響分離的實際效率。由此可見，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)軸向速度分布對比發(fā)現(xiàn)，位于分離器邊壁的位置，處理量控制在每小時4.9-7.8立方米范圍之內(nèi)會不斷提高，而且軸向速度會不斷變大，對于固體分離產(chǎn)生了積極的影響[3]。而在軸心的位置，則會跟隨處理量的增加，使得軸向速度也不斷增加，而在處理量提高至每小時7.8立方米的時候，軸向速度卻明顯降低。由此可見，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，在對分離器處理量進行選擇的過程中，應(yīng)當對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，在對參數(shù)模擬研究方面，選擇處理量為每小時6.4立方米不改變的條件，底流氣相體積分數(shù)并不是過高，而且壓力損失不大，具有較強的分離效果。

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位置的氣相體積分數(shù)對比情況[4]。

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

當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

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程中發(fā)現(xiàn)，適當?shù)卦黾犹幚砹颗c分流比對分離器分離效果的增強十分有利，但需要注意的是，不應(yīng)當過大亦或是過小，以免影響分離的質(zhì)量與效率。由此可見，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)開發(fā)及性能試驗[C].全國第十二屆非均相分離學術(shù)交流會暨2015廈門臺灣兩地過濾與分離技術(shù)交流大會論文集.2015：514-525.

[3]劉宇程,程齊暄,田豐等.集砂孔尺寸對三相旋流分離器內(nèi)顆粒運動影響分析[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].機械設(shè)計與制造,2015(8)：124-127.