超音速旋流分離器技術(shù)研究.pdf

1、天然氣脫水和重?zé)N分離是油氣田地面生產(chǎn)的重要工藝環(huán)節(jié)，本文針對(duì)傳統(tǒng)的低溫分離工藝分離效率低、投資和運(yùn)行費(fèi)用高、加熱防凍困難、防凍劑用量大的特點(diǎn)，研制出一種新型天然氣處理設(shè)備——低壓降旋流分離器。 本文依據(jù)氣體動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和流體力學(xué)理論，分析了低壓降旋流分液器的基本工作原理，建立可壓縮流體在旋流發(fā)生器前端、葉片、噴管、擴(kuò)壓器流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，借助大型CFD軟件FLUENT，求解氣流在旋流發(fā)生器前端、葉片、噴管、擴(kuò)壓器和整個(gè)分離器內(nèi)的

2、速度、溫度和壓力分布。 通過對(duì)不同葉片設(shè)計(jì)方法對(duì)比分析，得到了葉片的最優(yōu)設(shè)計(jì)方法，噴管亞聲速收縮段按照雙三次曲線成比例的縮小設(shè)計(jì)，喉部設(shè)計(jì)成一段光滑圓弧，擴(kuò)張段按照富爾士法設(shè)計(jì)，噴管出口流速均勻性較好，具有較小的能量損失；經(jīng)過對(duì)軸流葉輪葉片設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的葉片進(jìn)行優(yōu)化，提高了離心加速度、增加了旋流比。 對(duì)混合氣流場進(jìn)行數(shù)值模擬，根據(jù)液滴顆粒在葉片的旋流分離效率，模擬計(jì)算低壓降旋流分離器分離段水的分離效率為75.2％，重?zé)N的

3、分離效率73.2％。水和重?zé)N在噴管后的最大滯留時(shí)間約為9.6毫秒，水化物來不及形成，因此低壓降旋流分離器實(shí)現(xiàn)了免添加水化物抑制劑防凍。利用HYSYS計(jì)算，出口壓力4MPa下烴露點(diǎn)溫度降至-27.83℃，水化物的形成溫度降至1.17℃。 對(duì)低壓降旋流分離器內(nèi)氣流特性進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得出氣流速度、壓力和溫度特性的變化情況，控制激波趨于擴(kuò)壓器入口，降低氣流動(dòng)能，增加了旋流比，提高了旋流分離的效率，保持升壓比達(dá)40％～47％，分離器可