静设备
石油化工设备技术，2017，38（4）·6， Petro-Chemical Equipment Technology
三相分离器设计及CFD模拟研究进展
孙立强，2，王迪，朱红波，李凡，魏耀东1
（1.中国石油大学（北京），北京102249；2.克拉玛依职业技术学院，新疆克拉玛依834000）
摘要：三相分离器是油田地面工程中常用的油气水分离设备，文章闻述了三相分离器设计的基本理论，综述了目前油田用三相分离器设计和CFD(ComputationalFluid Dynamics)模拟研究现状，指出对于不同油气田的特点的三相分高器设计过程中遇到的问题与挑战，并提出了相应的解决办法，论证了计算流体力学方法进行三相分离器优化设计的可行性及目前模拟研究存在的问题，展望了未来三相分离器设计及CFD模拟研究中需要加强研究的关键问题。
关键词：三相分离器沉降分离CFD模拟设计 doi.10.3969/i.issn.10068805.2017.04.002
油并采出物通常是含有油、气、水和一些杂质
的混合物，无其是油并开采的中后期，含水量急剧，多离器完成初步分离，再精密分离。因此三相分离器作为石油生产平台的重要的工艺设备，其运行性能直接影响到外输原油和气体的质量。为广满足外输原油的要求，就要对三相分离器的结构、尺寸及内部构件进行合理的设计。三相分离器设计主要基于液滴沉降理论以满足各相分离所需的停留时间。但实际上，由于缺乏一个可靠的数学模型，往往采用保守设计，导致分离器的尺寸很大{i]。而CFD方法克服了理论分析方法和实验测量方法中的缺陷，完善了流体流动体系，由计算机的计管代替具体的物理实验，精确的数值模拟可以形象的再现流动情景，研究表明与实验几乎没有差异21。目前三相分离器的设计也大多依据液滴沉降理论完成，并引入浅池理论、聚结理论加以完善，并借助CFD方法加以优化设计。笔者单述了常规三相分离器的设计内容和设计的基本理论；综述了目前国内外有关油田用三相分离器设计和CFD模拟的研究现状，指出国内外研究人员针对不同油气田的特点进行三相分离器设计时遇到问题及采取的解决办法；并对国内外基于 CFD模拟的三相分离器研究进行介绍，指出CFD 方法进行三相分离器优化设计的可行性及模拟研究存在的不足。总结三相分离器设计及CFD模拟研究中需加强研究的问题，对三相分离器的设计及优化履有数握的参考。
1三相分离器的设计理论
1.1三相分离器常规设计内容 1.1.1三相分离器的类型
三相分离法是利用不同相间的密度差实现分离的一种最基本的油田采出物处理方法3]。对于油田采出的油、气、水的混合物，气相在密度差的作用下上浮，水相则在重力作用下下沉，形成一定比例的油、气、水相，从而完成分离过程。
容器的方向是三相分离器设计需确定的第个要素，油田常用的三相分离器一般可设计成卧式和立式两类，如图1所示。立式分离器一般占据比较小的位置，与卧式分离器相比，也比较便于运输和安装，但是在相同分离体积下，卧式重力分离器加工制造成本较低、分离效果好，适宜较大处理量的情况。所以，设计时首先要根据设计/加工情况合理选择容器的方向。比如，在中东，分离器通常是卧式的，但在美国，那里的原油处理量比在中东少得多，所以垂直分离器更常见些。我国大多陆上油田也多采用卧式分离器，但海上平台由于其空间有限，多采用立式分离器
收稿日期：2017-05-25。
作者简介：孙立强，男，现为中国石油大学(北京)动力工程及工程热物理专业博士研究生，主要研究方向为化工设备无损
检测技术、多相流动理论与分离技术，讲师。 Email:nevergiveup80s@126.com
基金项目：克拉玛依市科技计划项目SK2015一31：高效繁凌式三相分离器的开发与研制。