石化工业产品广泛应用于我们日常生活的衣食住行之中，由于化石能源的不可再生性、污染性强等特点，要求我们更高效地利用石油、天然气、煤等不可再生资源，并且要求生产、运输、使用过程的清洁环保，利用仿真技术可以模拟石油化工产品的生产、运输和使用过程，通过优化生产工艺、改进生产装置来使石油化工产品的生产、运输和使用过程更加高效、环保。

石油石化的CFD问题

· 井下钻井水动力学分析；

· 海洋钻井平台的安全性评估

· 油气储运、运输过程的泄露与安全性能评估

· 油气水在各类分离设备中的多相分离、相变等问题

· 石油炼制过程中的燃烧、蒸馏、催化裂化等过程的流场分析

· 石化设备维护中热、腐蚀、压降的评估

· 事故发生后的污染物扩散模拟

· 喷嘴的性能、燃烧炉内的燃烧、反应

· 污水处理过程

从大的方向，CFD技术在石油石化各个环节的运用可分为油气生产过程、存储与输运过程和石油加工过程。

例一、油气生产

油气生产包括油气的提取、钻井工程和井下工程和海洋平台的分析，在这些工程问题中，ANSYSCFD技术有着广泛的应用，它不仅可以分析油气提取过程中水力压裂过程、注入器设计、加强油层设计、油气提取分析等工艺过程，而且还可以模拟固井、完井、分离、腐蚀、阀门等钻井工程设备和井下工程设备。对于海洋平台在风载荷和海洋洋流作用下的压力分析，如何保证安全性是其主要研究方向。

图1 海洋石油平台CFD模拟  

          

图2 CFD分析钻头表面泥浆的矢量图

例二、油气输运过程

油气运输包含的内容非常丰富，CFD技术所解决的行业案例也非常多，例如在管道设计方面，可以模拟腐蚀、沉降以及断塞捕集器、泵、压缩机等关键设备，利用CFD技术模拟油气输运过程，可以避免产品出现堆积、管道堵塞等非正常的现象。

下图是采用三维CFD流体计算模拟，构建一个对断塞捕集器性能的某项能力的评估平台，确定现有结构能够承受最大载荷，以消除再花250万美元来更新设备的必要性，并确定任何多余的液体都会被作为浮质排到下游的状况，提供模拟自由表面流的能力，例如燃料在复杂管道和流动系统中的运动状况等。

                                        图3 CFD模拟断塞捕集器内液体自由表面

例三、石油加工过程

石油加工过程是一个非常复杂的学科，所涉及的领域非常广泛，对流体的需求更加繁多，所包含的方向也更多。比如各种加热设备、分离设备、冷凝设备、各种反应器、辅助动力设备等，在各类设备的运用与维护中，所涉及到的CFD问题也更多。

在燃烧炉的设计中，针对不同燃料燃烧嘴的形状、喷嘴的位置、方向等，预测燃烧室内的温度和各组分浓度分布，设计出氮氧化合物含量低、热性能好的燃烧炉。

 

        图4 燃气轮机内喷嘴的流线图

            图5 火焰面温度分布

例四、气体浮选系统模拟

下图是气体浮选系统，该反应器内的物理现象为一个多相分离过程，通过微小气泡对容器内废水中的污染物进行净化。通过CFD模拟研究气相与液相的混合，来研究净化效率不达标的原因。通过设计新型的气泡喷射器，来加强气液两相的混合，增大净化效率。

                       图6 运用气浮技术对废水进行净化