超音速旋流分離器技術研究.pdf

1、天然氣脫水和重烴分離是油氣田地面生產(chǎn)的重要工藝環(huán)節(jié)，本文針對傳統(tǒng)的低溫分離工藝分離效率低、投資和運行費用高、加熱防凍困難、防凍劑用量大的特點，研制出一種新型天然氣處理設備——低壓降旋流分離器。 本文依據(jù)氣體動力學、熱力學和流體力學理論，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、擴壓器流動的數(shù)學模型，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、擴壓器和整個分離器內的

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

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