Оптимізаційне Компонування Фазних Розділювачів З Застосуванням Модульних Сепараційних Пристроїв

Abstract

У даній статті розглядаються способи підвищення ефективності, оптимізації та інтенсифікації процесів сепарації та сепараційного обладнання установок стабілізації нафти/конденсату. Робота включає в себе теоретичне ознайомлення з процесом сепарації газорідинних сумішей та труднощами, які пов’язані з ним. Проведено аналіз досліджуваного обладнання, а саме його конструктивних особливостей, принципу роботи, переваг та недоліків, визначена оптимальна компоновка апаратів. Запропоновано новий нестандартний підхід до вдосконалення існуючого сепараційного обладнання, а саме метод оптимізаційного компонування фазних розділювачів з застосуванням модульних сепараційних пристроїв. Було проведене комп’ютерне моделювання багатофазних течій у внутрішньому об’ємі вертикального фазного розділювача та одного з модульних сепараційних пристроїв, що реалізує спосіб динамічної сепарації. Достовірність комп’ютерного моделювання підтверджується верифікацією отриманих даних за результатом чисельного експерименту з режимними параметрами роботи сепаратора. Спосіб динамічної сепарації являється не традиційним методом розділення гетерогенних систем, його особливістю являється застосування автоматичного регулювання гідравлічного опору, де регулюючою дією є сили пружності. Для чисельного розрахунку гідродинаміки вертикального фазного розділювача використовувався програмний комплекс, що реалізує метод скінченних об’ємів, а саме FlowVision. Оскільки, при роботі модульного сепараційного пристрою мають місце аерогідропружні явища необхідно розглядати механіку руху газорідинного потоку з одного боку та твердого деформованого тіла з іншого боку. Враховуюче це для його дослідження використовувався програмний комплекс ANSYS Workbench, а саме модулі, які засновані на методах скінченних об’ємів та елементів, відповідно Fluid Flow Fluent та Transient Structural, об’єднанні за допомогою System Coupling. Наведені конструкції нових модульних сепараційних елементів та рекомендації для оптимізації їх компоновки у фазних розділювачах, що дозволять значно збільшити ефективність та інтенсивність процесів розділення емульсій та газорідинних сумішей і в цілому підвищать якість цільових компонентів. This article discusses ways of the efficiency improvement, optimization and intensification of the separation processes, which takes place in stabilizer units for oil and condensate. The work includes the theoretical introduction to the separation of gas-liquid mixtures and difficulties associated with process. Investigated equipment, specifically their design features, operating principle, advantages and disadvantages was analyzed, in consequence of which the optimal equipment packaging was determined. The non-typical approach for improvement of most commonly used separation equipment is proposed, namely method of optimizing phase separation equipment packaging, which includes using of modular separation devices. For this purpose numerical simulations of multiphase flow in the vertical phase separator internal volume and one of the modular separation devices, which implement the dynamic separation method, were carried out. The reliability of computer simulation is confirmed by verification data, which obtained from the results of numerical experiment, with the separator functioning parameters. The method of dynamic separation isn't traditional method for heterogeneous systems separation. The main feature of this method is using of hydraulic resistance automatic regulation, in this case regulating forces are the elastic forces. For numerical calculation of the vertical phase separator hydrodynamics was used software complex namely FlowVision, which implements the finite volume method. Since, in case of the modular separation devices functioning take place the aerohydroelasticitys phenomena’s, it is necessary to be consider mechanics of the gas-liquid flow motion of the on one side and mechanics of the solid deformable body on the other hand. Taking into account the above for investigations of this modular separation device was used the ANSYS Workbench software complex, namely modules, which are based on the finite volume and finite element methods, respectively Fluid Flow Fluent and Transient Structural, which combined by System Coupling module. The presented designs of new modular separation elements and recommendations for their optimal disposition in phase separation equipment will significantly increase the efficiency and intensity of emulsions and gas-liquid mixtures separation processes, moreover it's all will improve the quality of the target components.