高含硫天然气三相分离旋流管进口结构对分离性能研究影响

王树涛，郑新艳，王咏梅，马 雯

（1.中国石化中原油田分公司石油工程技术研究院，河南濮阳 457001；2.中国石化中原油田培训中心，河南濮阳 457001）

高含硫天然气三相分离旋流管进口结构对分离性能研究影响

王树涛1，郑新艳2，王咏梅1，马 雯1

（1.中国石化中原油田分公司石油工程技术研究院，河南濮阳 457001；2.中国石化中原油田培训中心，河南濮阳 457001）

采用模拟软件研究了高含硫天然气三相分离旋流管进口结构对分离性能影响，得出结论：最佳进口数量为2；对称的入口结构可以改善内部流场的对称性；最佳宽/高比应约为0.7；静压的最大值随进口高度和宽度增加而变小，压降随进口高度增大而变小。

高含硫天然气；三相分离；旋流管；进口结构

1 引言

随着高含硫气田的开采，单质硫会在集输系统中逐渐沉积，管线极有可能因腐蚀、憋压等遭到破坏，造成严重的安全事故[1-2]。目前普光气田面临的主要问题是产水和硫沉积问题。地层产水和单质硫沉积对普光气田的生产开发目前已经产生了较为严重的影响，现有的气液两相分离器无法高效进行气、液、硫分离，进而影响到天然气的开采和集输。因此，为了保证地面集输系统的正常生产和安全运行，解决因为硫单质沉积带来的上述问题，特提出采用旋流脱固技术对气液固三相进行分离，从而控制地层水和单质硫不进入或少进入集输系统，提高外输天然气气质，对减轻集输系统设施的腐蚀，保证集输管道的安全平稳运行具有重要意义。

在影响分离性能诸多因素中如结构参数很关键，蒋明虎等[3]研究了旋流器入口，确定了增加入口面积显著降低能耗而对分离性能的影响很小。王文元等[4]研究了溢流管的内径大小和插入深度对性能的影响。徐继润[5]研究发现适当增加溢流管厚度可以有效地降低压力损失。周先桃等[6]制定了解决水力旋流器短路流问题的方案。褚良银等[7]首创在水力旋流器内部安装中心棒的技术方案。王尊策等[8]的研究结果表明，适当增大锥角能够有效降低水力旋流器的能耗。

本文通过流体力学模拟高含硫天然气三相分离旋流管进口结构，分析研究进口结构对分离性能影响。

2 结构

离心分离利用离心力分离不同密度的组分，效率相比重力分离要高，旋流管如图1所示。

图1 旋流管示意图

3 建立模型

通过ICEM CFD软件划分网格，进行模拟计算。

4 计算结果与分析

4.1 进口数量与分离性能的关系

从表1数据看出，最佳进口数量为2。

表1 进口数量与分离效率

4.2 进口宽/高比与分离性能的关系

随宽/高比降低，分离效率提高，同时压降升高，最佳宽/高比应约为0.7。

表2 进口宽/高比与分离效率

5 结语

通过以上对采用模拟软件对高含硫天然气三相分离旋流管进口结构对分离性能影响的研究，可以总结出以下结论：

（1）最佳进口数量为2。

（2）最佳宽/高比应约为0.7。

[1] 李宁，何洋，任斌，等.普光气田地面集输系统硫沉积原因分析及对策[J].天然气勘探与开发，2012，35（3）：69-72.

[2] 后鑫，雷金晶，赵文祥.普光气田地面集输系统堵塞成因及措施[J].天然气与石油，2013，1（2）：21-23.

[3] 蒋明虎，周立，贺杰.水旋流器压损失的综合实验研究[J].石油机械，1999，29（11）：14-16.

[4] 王文元，张少明，方莹.水力旋流器结构参数对其性能的影响[J].广东化工，2005，2（10）：26-30.

[5] 徐继润.水力旋流器强制涡及内部损失研[J].化工矿山技术，1991，20（1）：31-34.

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

[7] 褚良银，赵扬，陈文梅.水力旋流器分离性能强化研究[J].过滤与分离，2004，14（1）：1-4.

[8] 王尊策，赵立新，李枫.液液水力茂流器流场特性与分离性能研究（4）一锥角变化对压力扳失的影响化[J].化工装备技术，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

国家科技重大专项项目（2016ZX05017-006）

王树涛（1978—），男，河南濮阳人，高工，主要研究方向为油气田开采技术。