超音速天然氣旋流脫水裝置數(shù)值模擬與設(shè)計(jì)優(yōu)化.pdf

1、井口直接開(kāi)采出來(lái)的天然氣中含有大量水和重組份，這些物質(zhì)在輸送過(guò)程中易發(fā)生凝結(jié)，不僅會(huì)降低管路的有效輸送能力，而且還會(huì)腐蝕相關(guān)設(shè)備，因此必須對(duì)天然氣進(jìn)行脫水處理。在克服傳統(tǒng)脫水方法缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了一種新型超音速旋流脫水技術(shù)，該技術(shù)利用動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)原理，把膨脹冷凝與旋流分離相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了水蒸氣與重組份從天然氣中的分離，具有效率高、工藝簡(jiǎn)化、長(zhǎng)期可靠、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。
　　本文首先提出了超音速旋流脫水裝置各個(gè)部件

2、的設(shè)計(jì)方法，并以某實(shí)際工況和氣質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算。然后據(jù)此結(jié)構(gòu)建立了相應(yīng)的三維數(shù)值計(jì)算模型，運(yùn)用ANSYS14.0對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬，研究了天然氣在超音速旋流脫水裝置內(nèi)部的流動(dòng)特性、凝結(jié)特性和分離特性。結(jié)果表明：在超音速噴管出口處馬赫數(shù)為2，膨脹最低溫度可達(dá)165K，切向分離速度為60m/s，可以實(shí)現(xiàn)水蒸氣的充分凝結(jié)和分離；由水蒸氣凝結(jié)成的小液滴有三種運(yùn)動(dòng)軌跡，它們的平均直徑為2μm，大部分可以被分離出來(lái)；同時(shí)激波發(fā)生位置位于排液口之

3、后的擴(kuò)壓器中，有利于溫度和壓力的恢復(fù)而又不會(huì)破壞之前的凝結(jié)環(huán)境。
　　在內(nèi)部流場(chǎng)研究的基礎(chǔ)上，以排液口處的分離溫度、分離效率、切向速度和激波位置為優(yōu)化指標(biāo)，探討不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的影響規(guī)律，由此確定最佳的結(jié)構(gòu)尺寸；最后分析了脫水裝置的正常工作條件和變工況性能。計(jì)算結(jié)果表明：不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)上述優(yōu)化指標(biāo)的影響不同，得到的限制條件也不相同，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定最優(yōu)結(jié)構(gòu)；裝置正常工作的壓損比范圍為35%~70%，入口壓力為4MPa、溫度為3