오일 생산 과정의 디샌더에서 비투멘의 점도가 입자 제거에 미치는 영향

Effect of Bitumen Viscosity on Particle Removal Efficiency in Desanders Used in Oil Production Processes

본 연구에서는 ES-SAGD 공법을 이용한 오일샌드 생산 공정에서 디샌더 내부 유동장 변화에 따른 입자 제거 특성을 분석하였다. 비투멘의 점도 변화(1∼200 cP)에 대한 CFD 수치해석을 ANSYS FLUENT를 이용하여 수행하였 으며, Realizable k-ε 난류 모델을 적용하였다. 수치해석 결과, 점도 증가에 따라 하이드로 사이클론 내 1차·2차 와류의 압력차가 감소하고, 2차 와류 생성 영역이 불명확해지는 현상이 확인되었다. 이에 따라 Case 1(1 cP)에서 유체 회수율 49.25%, 입자 제거율 100%였으나, Case 2(40 cP)에서는 각각 38.26%, 77%로 급격히 저하되었다. 특히 Case 3 이상의 고점도 환경(80∼200 cP)에서는 입자 제거율이 약 23%로 정체되어 분리 성능이 크게 저하됨을 확인하였다. 본 연구는 고점도 환경에서 디샌더 성능 저하 메커니즘을 규명하고, 오일샌드 플랜트의 입자 제거 공정 최적화에 대한 기초 데이터를 제공한다.

This study investigates the particle-removal efficiency and flow-field characteristics in desanders for ES-SAGD bitumen production via CFD simulations using ANSYS FLUENT and a realizable k–ε turbulence model. Analysis shows that increasing the bitumen viscosity (1–200 cP) significantly reduces the pressure differential between primary and secondary vortices, thus affecting separation performance. The separation efficiency decreased significantly from 100% at 1 cP to 77% at 40 cP, with fluid recovery rates declining from 49.25% to 38.26%. In high-viscosity regimes exceeding 80 cP, the particle-removal efficiency plateaued at approximately 23%, which signifies a critical viscosity threshold. This study identifies fundamental mechanisms governing desander performance in high-viscosity environments and provides essential design data for optimizing particle separation in oil sand production.