超音速旋流分離器噴管設(shè)計(jì)與相變特性研究.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)，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。針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題提出的免加熱或免加注防凍劑的超音速旋流分離器新技術(shù)是天然氣處理工藝技術(shù)的一大革新。 超音速旋流分離器由噴管、整流段、超音速翼段和擴(kuò)壓管四部分組成。天然氣通過(guò)噴管絕熱膨脹形成低溫超音速流動(dòng)，利用超音速翼形成旋流場(chǎng)分離經(jīng)過(guò)低溫冷凝的水份和重?zé)N組分。將絕熱膨脹、低溫凝析、旋流分離、減速擴(kuò)壓等處理過(guò)

2、程都在一個(gè)密閉緊湊的裝置內(nèi)完成，該裝置無(wú)移動(dòng)部件，無(wú)再生系統(tǒng)，可使投資和運(yùn)行費(fèi)用減少10～25％。 超音速旋流分離器中的天然氣壓力高達(dá)幾個(gè)Mpa甚至十幾個(gè)Mpa，溫度降至零下幾十?dāng)z氏度，屬高壓、低溫氣體，應(yīng)按實(shí)際氣體狀態(tài)方程計(jì)算狀態(tài)參數(shù)。 本文利用BWRS方程，按一維等熵流動(dòng)假設(shè)，編程求解了天然氣在不同入口條件下的臨界參數(shù)，計(jì)算了相應(yīng)的噴管喉部面積，并與按理想氣體計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。依據(jù)氣體動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和流體力學(xué)理論

3、，提出了超音速旋流分離器噴管設(shè)計(jì)方法：亞聲速收縮段按照維托辛思基曲線設(shè)計(jì)，喉部設(shè)計(jì)成一段光滑圓弧， 超音速擴(kuò)張段按照富爾士法設(shè)計(jì)，噴管出口氣流均勻，達(dá)到設(shè)計(jì)的馬赫數(shù)。 本文根據(jù)相變理論、氣體動(dòng)力學(xué)理論并考慮了實(shí)際氣體的影響，建立了描述有相變的噴管中天然氣高速流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型。討論了噴管內(nèi)有相變的天然氣的流動(dòng)特性：氣體要達(dá)到一定的過(guò)飽和度才會(huì)凝結(jié)；噴管內(nèi)的氣體發(fā)生凝結(jié)時(shí)，會(huì)釋放潛熱，加熱氣體，使氣體產(chǎn)生凝結(jié)突躍現(xiàn)象。計(jì)算了不同