浮式生产储卸油装置自动清洗中喷嘴射流的模拟分析
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劳动 强 度 ， 改善 工 作环 境 ， 有 效 缓 解 清 洗 过 程 中污 染 物 排 放 引 起 的 海 洋 环 境 污 染 问题 ， 减 少新 鲜 水 的 消
耗量 。 降低 清 洗废 水后 续 处理 成 本 ， 彻 底 解 决 了传 统 工 艺 能 耗 高、 清洗 效果 差 、 污染环境以及效率低等 问
摘
要
介 绍 了利 用 高 压 水 射 流 对 浮 式 生 产 储 卸 油 装 置 中 的 储 油 舱 进 行 清 洗 的 工 作 原 理 ， 并 将 锥 形 喷
嘴 和 锥 直 形 喷 嘴 作 了比 较 ， 着重 对矩 形 出 口喷 嘴 进 行 了数 值 模 拟 研 究 。该 方 法 的 应 用 将 降低 工 作 人 员
机械 杂质 、 沙粒 、 泥土 、 重金 属盐 类 、 石蜡 以及 沥青
式容 器 状 生 产 系统 ， 具 有 投 资小 、 建 造 周 期短 、 储
油能 力 大 、 适 应水深 范 围广 、 迁移 方便及 可 重复使
用等 优点 ， 已经广泛 பைடு நூலகம் 于深海 、 浅 海滩 和边 际油 田
的 开 发 。
第４ ０卷
第 ６期
化
工
机
械
８ ０ ｌ
浮 式 生产 储 卸 油装 置 自动 清 洗 中喷嘴 射 流 的模 拟 分 析
门连 国 李玉 国 刘 国荣 左 海强 魏 玉垒
（ １ ． 中 国 石油 大学 （ 华东 ） 化 学工 程 学 院 ； ２ ． 东营市环境监测站； ３ ． 海洋石油工程（ 青 岛） 有限公司）
的消 费能源 ， 随 着 陆地 油 气 储 量 的不 断 减 少 和 开
流清 洗机 理 的深入 研 究 ， 各 种 清洗 机 和 清洗 设 备
相继问世 ， 并大量投放市场 ， 水 射 流 清洗 这 一 高
效、 清洁 的清洗 技 术 在这 些 部 门也会 很 快 得到 应
采难 度 增加 ， 油气 资源 开发从 陆 地转 向海 洋 、 浅海 滩 向深 海 已成 为 必然 趋 势 。在 我 国 ， 南 海 石 油气
经过 一段 圆柱段 的导 向后速 度方 向 比较一 致 。因 此， 笔 者选 择锥 直形 喷嘴作 为清洗 喷嘴 。 ３ 矩形 喷嘴在 自 由淹 没 水射 流 流 场 中 的数 值模
械制 造 、 军 工 及 核 电站 等 行 业 ］ 。 随着 对 水 射
￥ 中国石油大学 （ 华东 ） 研 究 生创 新 工 程 资 助 项 目（ Ｃ Ｘ． １ ２ １ ３ ， １ ４ Ｃ ０ ２ ０ ６ ２ Ａ） 。
＋ ｆ － １ 连国 ， 男， １ ９ ８ ７年 ８月 生 ， 硕 士研 究 生 。 山 东 省 青 岛 市 ， ２ ６ ６ ５ ８ ０ 。
８ ０ ２
化
工
机
械
２ ０ ｌ ３年
底部 结构进 行 优 化设 计 。此 过 程 中 ， 舱底 清 洗 机 的运 行轨迹 及所 处 位 置 均可 监 控 ， 直 至舱 底 含 油 污泥 得到全 部清 除 。吸出舱 外 的油 泥进 入后续 处 理装 置进行 处理 ， 后续处 理装 置 为撬 装式设 备 ， 实
油 气 田多位 于水 深 ５ ０ ０— ２ ０ ０ ０ ｍ 区域 。而浮 式 生产储卸油装 置 （ Ｆ ｌ ｏ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ Ｏ ｆ ｌ ｆ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｙ Ｓ ｔ ｅ ｍ， Ｆ Ｐ Ｓ Ｏ） 作 为集 海上 油气 处 理 、 储 油、 卸油 、 发电、 供热、 控 制和 生活 功能 为一 体 的浮
加剂 ， 使船 舱 内附着 的高粘 度沉 积物发 生改性 ， 从
而易 于 自动清 洗 机 的 清洗 、 排 污 和 输送 。添 加 剂 与底 泥接触 一定 时 间后 ， 将 自动清 洗 机 由人 孔 放
续不 断地 作用 在被 清洗 表面 ， 从 而使垢 物脱 落 ， 达
到清 洗 目的 。世界各 国在清洗 作业 中大都倾 向采 用该 技术 ， 其 清 洗 份 额 已 占总 份 额 的 ８ ０ ％左右 ， 广泛 应用 于石 油 、 化工、 医药 、 轻工 、 食品、 冶金 、 机
质等 组分 会 因为 比重 不 同而 自然 沉 降 ， 积 累在 船
舱底 部 ， 形 成 胶 状 物 质 层¨ 。它 既 是 高 浓 度 的
污染 物 ， 又是一 种很好 的 可 回收 、 再利用 资源 。 自动 清洗 机的清 洗过程 首先 要添加 聚合 物添
高压 水 射 流 清 洗 原 理 是 用 高 压 泵 打 出高 压 水， 经过射 流元 件把 高压 力 、 低 流 速 的水 转换 为低 压力 、 高流 速 的射 流 ， 然 后 以很 高 的冲 击 动能 ， 连
人舱底 开始 清 洗 ， 其 清洗 作 业 流程 是 按 照设 定 的
运行 轨迹在 舱底 行进 ， 行进 过程 中 ， 高压 水通 过高
压软 管输送 到 清洗 机 上 的 喷嘴 ， 在 舱 底 形成 淹 没 射 流将 底泥 激起 形 成 流化 状 态 ， 通 过 吸 污 口利 用 软管 输送 到舱外 。 自动清洗 机运 行轨迹 根据舱 体
用 。笔者 开发 了一 种 自动 清洗 设 备 ， 利 用高 压 水射 流完 成 对 Ｆ Ｐ Ｓ Ｏ上 储 油 舱 的清 洗 ， 现 对 高 压
水射 流 的喷嘴 进行 数值模 拟分 析 。
１ 清 洗原理 储油 舱或储 油罐 中的油泥是 指所储 油 品中 的
资 源最 丰富 的海域 ， 已探 明有 １ ８ ０个油气 田 ， 这些
题。
关 键 词 喷 嘴 浮 式 生产 储 卸 油装 置 自动 清洗 中图分类号 Ｔ Ｑ ０ ５ １ ． ８ ４ 文献标识码 Ａ
数 值 模 拟 文章 编 号 ０ ２ ５ ４ — ６ ０ ９ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ － ０ ８ ０ １ ０ － ４
石 油和 天然 气仍是 未来 很 长一段 时 间 内主要
耗量 。 降低 清 洗废 水后 续 处理 成 本 ， 彻 底 解 决 了传 统 工 艺 能 耗 高、 清洗 效果 差 、 污染环境以及效率低等 问
摘
要
介 绍 了利 用 高 压 水 射 流 对 浮 式 生 产 储 卸 油 装 置 中 的 储 油 舱 进 行 清 洗 的 工 作 原 理 ， 并 将 锥 形 喷
嘴 和 锥 直 形 喷 嘴 作 了比 较 ， 着重 对矩 形 出 口喷 嘴 进 行 了数 值 模 拟 研 究 。该 方 法 的 应 用 将 降低 工 作 人 员
机械 杂质 、 沙粒 、 泥土 、 重金 属盐 类 、 石蜡 以及 沥青
式容 器 状 生 产 系统 ， 具 有 投 资小 、 建 造 周 期短 、 储
油能 力 大 、 适 应水深 范 围广 、 迁移 方便及 可 重复使
用等 优点 ， 已经广泛 பைடு நூலகம் 于深海 、 浅 海滩 和边 际油 田
的 开 发 。
第４ ０卷
第 ６期
化
工
机
械
８ ０ ｌ
浮 式 生产 储 卸 油装 置 自动 清 洗 中喷嘴 射 流 的模 拟 分 析
门连 国 李玉 国 刘 国荣 左 海强 魏 玉垒
（ １ ． 中 国 石油 大学 （ 华东 ） 化 学工 程 学 院 ； ２ ． 东营市环境监测站； ３ ． 海洋石油工程（ 青 岛） 有限公司）
的消 费能源 ， 随 着 陆地 油 气 储 量 的不 断 减 少 和 开
流清 洗机 理 的深入 研 究 ， 各 种 清洗 机 和 清洗 设 备
相继问世 ， 并大量投放市场 ， 水 射 流 清洗 这 一 高
效、 清洁 的清洗 技 术 在这 些 部 门也会 很 快 得到 应
采难 度 增加 ， 油气 资源 开发从 陆 地转 向海 洋 、 浅海 滩 向深 海 已成 为 必然 趋 势 。在 我 国 ， 南 海 石 油气
经过 一段 圆柱段 的导 向后速 度方 向 比较一 致 。因 此， 笔 者选 择锥 直形 喷嘴作 为清洗 喷嘴 。 ３ 矩形 喷嘴在 自 由淹 没 水射 流 流 场 中 的数 值模
械制 造 、 军 工 及 核 电站 等 行 业 ］ 。 随着 对 水 射
￥ 中国石油大学 （ 华东 ） 研 究 生创 新 工 程 资 助 项 目（ Ｃ Ｘ． １ ２ １ ３ ， １ ４ Ｃ ０ ２ ０ ６ ２ Ａ） 。
＋ ｆ － １ 连国 ， 男， １ ９ ８ ７年 ８月 生 ， 硕 士研 究 生 。 山 东 省 青 岛 市 ， ２ ６ ６ ５ ８ ０ 。
８ ０ ２
化
工
机
械
２ ０ ｌ ３年
底部 结构进 行 优 化设 计 。此 过 程 中 ， 舱底 清 洗 机 的运 行轨迹 及所 处 位 置 均可 监 控 ， 直 至舱 底 含 油 污泥 得到全 部清 除 。吸出舱 外 的油 泥进 入后续 处 理装 置进行 处理 ， 后续处 理装 置 为撬 装式设 备 ， 实
油 气 田多位 于水 深 ５ ０ ０— ２ ０ ０ ０ ｍ 区域 。而浮 式 生产储卸油装 置 （ Ｆ ｌ ｏ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ Ｏ ｆ ｌ ｆ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｙ Ｓ ｔ ｅ ｍ， Ｆ Ｐ Ｓ Ｏ） 作 为集 海上 油气 处 理 、 储 油、 卸油 、 发电、 供热、 控 制和 生活 功能 为一 体 的浮
加剂 ， 使船 舱 内附着 的高粘 度沉 积物发 生改性 ， 从
而易 于 自动清 洗 机 的 清洗 、 排 污 和 输送 。添 加 剂 与底 泥接触 一定 时 间后 ， 将 自动清 洗 机 由人 孔 放
续不 断地 作用 在被 清洗 表面 ， 从 而使垢 物脱 落 ， 达
到清 洗 目的 。世界各 国在清洗 作业 中大都倾 向采 用该 技术 ， 其 清 洗 份 额 已 占总 份 额 的 ８ ０ ％左右 ， 广泛 应用 于石 油 、 化工、 医药 、 轻工 、 食品、 冶金 、 机
质等 组分 会 因为 比重 不 同而 自然 沉 降 ， 积 累在 船
舱底 部 ， 形 成 胶 状 物 质 层¨ 。它 既 是 高 浓 度 的
污染 物 ， 又是一 种很好 的 可 回收 、 再利用 资源 。 自动 清洗 机的清 洗过程 首先 要添加 聚合 物添
高压 水 射 流 清 洗 原 理 是 用 高 压 泵 打 出高 压 水， 经过射 流元 件把 高压 力 、 低 流 速 的水 转换 为低 压力 、 高流 速 的射 流 ， 然 后 以很 高 的冲 击 动能 ， 连
人舱底 开始 清 洗 ， 其 清洗 作 业 流程 是 按 照设 定 的
运行 轨迹在 舱底 行进 ， 行进 过程 中 ， 高压 水通 过高
压软 管输送 到 清洗 机 上 的 喷嘴 ， 在 舱 底 形成 淹 没 射 流将 底泥 激起 形 成 流化 状 态 ， 通 过 吸 污 口利 用 软管 输送 到舱外 。 自动清洗 机运 行轨迹 根据舱 体
用 。笔者 开发 了一 种 自动 清洗 设 备 ， 利 用高 压 水射 流完 成 对 Ｆ Ｐ Ｓ Ｏ上 储 油 舱 的清 洗 ， 现 对 高 压
水射 流 的喷嘴 进行 数值模 拟分 析 。
１ 清 洗原理 储油 舱或储 油罐 中的油泥是 指所储 油 品中 的
资 源最 丰富 的海域 ， 已探 明有 １ ８ ０个油气 田 ， 这些
题。
关 键 词 喷 嘴 浮 式 生产 储 卸 油装 置 自动 清洗 中图分类号 Ｔ Ｑ ０ ５ １ ． ８ ４ 文献标识码 Ａ
数 值 模 拟 文章 编 号 ０ ２ ５ ４ — ６ ０ ９ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ － ０ ８ ０ １ ０ － ４
石 油和 天然 气仍是 未来 很 长一段 时 间 内主要