超音速天然氣旋流脫水裝置數(shù)值模擬與設計優(yōu)化.pdf

1、井口直接開采出來的天然氣中含有大量水和重組份，這些物質(zhì)在輸送過程中易發(fā)生凝結(jié)，不僅會降低管路的有效輸送能力，而且還會腐蝕相關設備，因此必須對天然氣進行脫水處理。在克服傳統(tǒng)脫水方法缺點的基礎上，產(chǎn)生了一種新型超音速旋流脫水技術(shù)，該技術(shù)利用動力學和熱力學原理，把膨脹冷凝與旋流分離相結(jié)合，從而實現(xiàn)了水蒸氣與重組份從天然氣中的分離，具有效率高、工藝簡化、長期可靠、綠色環(huán)保等優(yōu)點，應用前景廣闊。
　　本文首先提出了超音速旋流脫水裝置各個部件

2、的設計方法，并以某實際工況和氣質(zhì)條件進行詳細設計計算。然后據(jù)此結(jié)構(gòu)建立了相應的三維數(shù)值計算模型，運用ANSYS14.0對其進行數(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165K，切向分離速度為60m/s，可以實現(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動軌跡，它們的平均直徑為2μm，大部分可以被分離出來；同時激波發(fā)生位置位于排液口之

3、后的擴壓器中，有利于溫度和壓力的恢復而又不會破壞之前的凝結(jié)環(huán)境。
　　在內(nèi)部流場研究的基礎上，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，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。計算結(jié)果表明：不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對上述優(yōu)化指標的影響不同，得到的限制條件也不相同，因此應根據(jù)實際情況確定最優(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