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영어

This study concerns the three-phase horizontal separator that is essential to the upstream process of unconventional oil. It expels each phase of the gas-water-oil mixture by separating phases using density difference, and can have diverse internal structures to enhance separation performance. This study employs Volume-Of-Fluid multi-phase flow model and conducts a two-dimensional numerical analysis through t-RANS. The horizontal separator has a oil production capacity of 300 BPD, with a vessel diameter of 0.9 m and a sim-to-sim length of 3.0 m. Based on the results of the numerical analysis, the functionality of the weir, inlet diverter, internal plate, and slenderness ratio among the separator design elements on the separation performance is discussed.

한국어

본 연구의 대상인 3상 수평 분리기는 비전통오일의 상류부문 공정에서 사용된다. 기체-물-오일 혼합물을 각 상의 밀도차에 따른 부력 차이로 분리·배출하는 설비이며, 분리성능의 향상을 위해 내부에 다양한 구조를 가질 수 있다. 본 연구에서는 다상모델로 Volume-Of-Fluid를 채택하여 t-RANS를 통해 2차원 수치해석을 수행하였다. 대상 수평 분리기는 300 BPD급으로 용기의 직경과 sim-to-sim 길이는 각각 0.9와 3.0 m이다. 수치해석 결과를 바탕으로 입구 유입 유량의 영향과 함께, 분리기 설계 요소 중 입구 diverter, weir, internal plate, slenderness ratio의 분리성능에 대한 기능성이 논의되었다. Weir는 적정 입구 유량에서 효과적이었으나, 유입 유량이 증가함 에 따라 그 기능성을 상실하였다. 입구 diverter는 유입 혼합물에 의한 유동 교란이 배출구에 도달하는 것을 억제 하였다. Internal plate는 분리 성능 향상에 기여하지 못하였으나, 추가적 배출구 설치를 통해 기능성을 발휘할 수 있음을 확인하였다. 낮은 slenderness ratio에서는 분리 시간이 불충분하였고, 높은 slenderness ratio에서는 기체 단면적의 감소로 인해 계면 불안정성이 증가하는 경향을 확인하였다.