王樹濤，鄭新艷，王詠梅，馬 雯

（1.中國石化中原油田分公司石油工程技術(shù)研究院，河南濮陽 457001；2.中國石化中原油田培訓中心，河南濮陽 457001）

高含硫天然氣三相分離旋流管進口結(jié)構(gòu)對分離性能研究影響

王樹濤1，鄭新艷2，王詠梅1，馬 雯1

（1.中國石化中原油田分公司石油工程技術(shù)研究院，河南濮陽 457001；2.中國石化中原油田培訓中心，河南濮陽 457001）

采用模擬軟件研究了高含硫天然氣三相分離旋流管進口結(jié)構(gòu)對分離性能影響，得出結(jié)論：最佳進口數(shù)量為2；對稱的入口結(jié)構(gòu)可以改善內(nèi)部流場的對稱性；最佳寬/高比應約為0.7；靜壓的最大值隨進口高度和寬度增加而變小，壓降隨進口高度增大而變小。

高含硫天然氣；三相分離；旋流管；進口結(jié)構(gòu)

1 引言

隨著高含硫氣田的開采，單質(zhì)硫會在集輸系統(tǒng)中逐漸沉積，管線極有可能因腐蝕、憋壓等遭到破壞，造成嚴重的安全事故[1-2]。目前普光氣田面臨的主要問題是產(chǎn)水和硫沉積問題。地層產(chǎn)水和單質(zhì)硫沉積對普光氣田的生產(chǎn)開發(fā)目前已經(jīng)產(chǎn)生了較為嚴重的影響，現(xiàn)有的氣液兩相分離器無法高效進行氣、液、硫分離，進而影響到天然氣的開采和集輸。因此，為了保證地面集輸系統(tǒng)的正常生產(chǎn)和安全運行，解決因為硫單質(zhì)沉積帶來的上述問題，特提出采用旋流脫固技術(shù)對氣液固三相進行分離，從而控制地層水和單質(zhì)硫不進入或少進入集輸系統(tǒng)，提高外輸天然氣氣質(zhì)，對減輕集輸系統(tǒng)設施的腐蝕，保證集輸管道的安全平穩(wěn)運行具有重要意義。

在影響分離性能諸多因素中如結(jié)構(gòu)參數(shù)很關(guān)鍵，蔣明虎等[3]研究了旋流器入口，確定了增加入口面積顯著降低能耗而對分離性能的影響很小。王文元等[4]研究了溢流管的內(nèi)徑大小和插入深度對性能的影響。徐繼潤[5]研究發(fā)現(xiàn)適當增加溢流管厚度可以有效地降低壓力損失。周先桃等[6]制定了解決水力旋流器短路流問題的方案。褚良銀等[7]首創(chuàng)在水力旋流器內(nèi)部安裝中心棒的技術(shù)方案。王尊策等[8]的研究結(jié)果表明，適當增大錐角能夠有效降低水力旋流器的能耗。

本文通過流體力學模擬高含硫天然氣三相分離旋流管進口結(jié)構(gòu)，分析研究進口結(jié)構(gòu)對分離性能影響。

2 結(jié)構(gòu)

離心分離利用離心力分離不同密度的組分，效率相比重力分離要高，旋流管如圖1所示。

圖1 旋流管示意圖

3 建立模型

通過ICEM CFD軟件劃分網(wǎng)格，進行模擬計算。

4 計算結(jié)果與分析

4.1 進口數(shù)量與分離性能的關(guān)系

從表1數(shù)據(jù)看出，最佳進口數(shù)量為2。

表1 進口數(shù)量與分離效率

4.2 進口寬/高比與分離性能的關(guān)系

隨寬/高比降低，分離效率提高，同時壓降升高，最佳寬/高比應約為0.7。

表2 進口寬/高比與分離效率

5 結(jié)語

通過以上對采用模擬軟件對高含硫天然氣三相分離旋流管進口結(jié)構(gòu)對分離性能影響的研究，可以總結(jié)出以下結(jié)論：

（1）最佳進口數(shù)量為2。

（2）最佳寬/高比應約為0.7。

[1] 李寧，何洋，任斌，等.普光氣田地面集輸系統(tǒng)硫沉積原因分析及對策[J].天然氣勘探與開發(fā)，2012，35（3）：69-72.

[2] 后鑫，雷金晶，趙文祥.普光氣田地面集輸系統(tǒng)堵塞成因及措施[J].天然氣與石油，2013，1（2）：21-23.

[3] 蔣明虎，周立，賀杰.水旋流器壓損失的綜合實驗研究[J].石油機械，1999，29（11）：14-16.

[4] 王文元，張少明，方瑩.水力旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)對其性能的影響[J].廣東化工，2005，2（10）：26-30.

[5] 徐繼潤.水力旋流器強制渦及內(nèi)部損失研[J].化工礦山技術(shù)，1991，20（1）：31-34.

[6] 周先桃，陳文梅，雷明光.水力旋流器短路流消除方法[J].石油化工設備，2003，32（5）：4-6.

[7] 褚良銀，趙揚，陳文梅.水力旋流器分離性能強化研究[J].過濾與分離，2004，14（1）：1-4.

[8] 王尊策，趙立新，李楓.液液水力茂流器流場特性與分離性能研究（4）一錐角變化對壓力扳失的影響化[J].化工裝備技術(shù)，1999，20，（6）：5-7.

Influence of Inlet Structure of High Sulfur Natural Gas Three-phase Separation Cyclone Tube on Separation Performance

Wang Shu-tao，Zheng Xin-yan，Wang Yong-mei，Ma Wen

the research of high sulfur gas three-phase separation swirl tube inlet structure influence on the separation performance of the simulation software and draw the conclusion that the best quantity of imports was 2；the symmetry of the entrance symmetric structure can improve the internal flow field；optimal width / height should be about 0.7；the maximum static pressure with height and width increased imports small，pressure drop increases with the inlet height.

high sulfur natural gas；three phase separation；vortex tube；inlet structure

TE966

A

1003-6490（2017）12-0253-01

2017-11-06

國家科技重大專項項目（2016ZX05017-006）

王樹濤（1978—），男，河南濮陽人，高工，主要研究方向為油氣田開采技術(shù)。