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油气超音速旋流分离技术研究

杨志毅  
【摘要】:井口采出的天然气中常常含有天然气液烃和水,脱除水和液烃是天然气生产中的必要环节之一。目前将天然气中的气态水和烃类物质分离脱出的方法有固体吸附法、溶剂吸附法、低温分离法等。这些技术方法都很成熟,也是传统使用的方法。这些方法的共同点是工艺技术比较复杂,运行维护费用较高。 超音速旋流分离集低温功能和分离功能于一体,使整个分离过程在一个密闭紧凑的装置内进行。装置设备简单,操作方便、密闭无泄漏、无需化学药剂,该技术与常规处理工艺相比可使总成本减少25%以上。 本文介绍了超声速旋流分离器的分离原理,超声速旋流分离器的工作部件的组成及其工作原理。对分离介质在各部件的流动状态进行了可靠的理论描述;提出超声速旋流分离器的设计思想、设计方法。旨在为超声速旋流分离器的详细结构设计提供科学可靠的理论依据,指导超声速旋流分离器的设计和制造。 本文通过对气体在喷管中的流动规律的研究,得出了喷管截面的变化与气体流速的变化关系,分析了截面积变化对其内部流场分布的影响,建立了喷管内部曲线方程。通过对气流在拉伐尔喷管与等截面摩擦组合管中的流动分析,提出了确定等截面摩擦管的长度方法及其考虑因素。 以白庙凝析气田26井天然气分离为例,按照本文提出的方法进行计算,依次确定喷管结构参数。作图分析了流场内部流体的速度、密度、温度、压力沿管道轴向分布的情况。对比超音速旋流分离器公司现场试验情况,按简单假设设计的喷管稳定段直径,喉部直径,均与已有模型接近,并且能够满足流场变化要求,证明提出的设计思路及方法是正确可行的。 本文通过对离散数值方法求解湍流场的数学模型的对比,选取了二方程模型中RNGk-ε模型来对混合气流场进行数值模拟。给出了混合气流场分析的假设条件、边界条件,并建议用收敛速度快、精度高的耦合隐式算法进行求解。


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