發(fā)布時(shí)間：2018-11-13 17:19

【摘要】：天然氣的脫水處理是生產(chǎn)商品氣的必備環(huán)節(jié),其主要目的是防止后續(xù)處理和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)水合物和液態(tài)水,以及防止酸性氣體溶于游離水來(lái)腐蝕管路及設(shè)備。而超音速氣液分離器是一種新型的氣液分離設(shè)備,它具有具有低耗、安全高效和無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),對(duì)天然氣礦場(chǎng)加工及集輸具有重要意義。但目前國(guó)內(nèi)理論研究尚不成熟,暫不具備商業(yè)使用價(jià)值。本文研究了超音速分離器的基本原理及其設(shè)計(jì)方法,利用Solidworks分別對(duì)拉瓦爾噴管、旋流管及旋流翼和擴(kuò)壓管等關(guān)鍵部件進(jìn)行了三維設(shè)計(jì)。拉瓦爾噴管的收縮段采用五次曲線作為型線,喉部采用平角型直管的形式,漸擴(kuò)段和擴(kuò)壓段設(shè)計(jì)為錐形,旋流翼采用基于飛機(jī)機(jī)翼的三角后掠翼。另外,由于在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中研究喉部尺寸對(duì)超音速分離器分離效率的影響時(shí),分離器喉部的安裝過(guò)程繁瑣且費(fèi)時(shí)。所以本文設(shè)計(jì)了喉部變徑可調(diào)結(jié)構(gòu)。之后,根據(jù)變徑式超音速分離器的型線結(jié)構(gòu)及流場(chǎng)特點(diǎn),對(duì)分離器的基本模型進(jìn)行了模擬及分析。模擬結(jié)果表明:該裝置具有低溫制冷能力,可達(dá)到旋流分離的效果。同時(shí)在基本型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,分別改變旋流翼位置、拉瓦爾噴管漸擴(kuò)管錐角以及改變超音速分離器出口背壓進(jìn)行模擬計(jì)算并對(duì)比分析。得出如下結(jié)論:(1)旋流翼安裝位置越靠近拉瓦爾噴管出口,旋流翼后超音速流動(dòng)區(qū)域及低溫、低壓區(qū)域越長(zhǎng),氣液分離效率越高。(2)拉瓦爾噴管漸擴(kuò)管錐角影響分離器流場(chǎng)特性,過(guò)大或過(guò)小的錐角會(huì)使下游區(qū)域的流場(chǎng)特性變差,從而影響旋流管內(nèi)氣液的分離效率。特別是當(dāng)錐角過(guò)大時(shí),Laval噴管出口處容易產(chǎn)生較強(qiáng)的激波。(3)出口背壓影響分離器內(nèi)部流道內(nèi)激波產(chǎn)生的位置,隨著出口背壓的增大,激波向超音速分離器的上游移動(dòng);且出口背壓越小其整體流場(chǎng)特性較好,旋流管內(nèi)氣液分離效率越高。本文還對(duì)變徑式超音速分離器的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了研究,規(guī)劃了安裝調(diào)試的主要內(nèi)容和方法;對(duì)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行了選型。最后制定了較為詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案及流程。
[Abstract]:The dehydration of natural gas is an essential link in the production of commercial gas. Its main purpose is to prevent hydrate and liquid water from appearing in the course of subsequent treatment and storage and transportation, and to prevent acid gas from being dissolved in free water to corrode the pipeline and equipment. The supersonic gas-liquid separator is a new type of gas-liquid separation equipment, which has the advantages of low consumption, safety and efficiency and no pollution. It is of great significance to the processing and gathering of natural gas field. But at present the domestic theory research is not mature, not having the commercial use value for the time being. In this paper, the basic principle and design method of supersonic separator are studied. The three dimensional design of Laval nozzle, swirl tube, rotor wing and diffuser tube are carried out by using Solidworks. The contraction section of the Laval nozzle is shaped by a quintic curve, the throat is a straight pipe with a flat angle, the gradual expansion section and the expansion section are designed to be conical, and the rotor wing is a triangular swept wing based on the wing of an aircraft. In addition, when the influence of throat size on the separation efficiency of supersonic separator is studied in the experiment, the installation process of the throat of the separator is cumbersome and time-consuming. Therefore, the variable diameter adjustable structure of throat is designed in this paper. Then, according to the profile structure and flow field characteristics of the variable diameter supersonic separator, the basic model of the separator is simulated and analyzed. The simulation results show that the device has the capability of low temperature refrigeration and can achieve the effect of swirl separation. At the same time, on the basis of the basic structure, the rotor position, the tapered angle of the gradual expansion tube of the Laval nozzle and the back pressure of the supersonic separator outlet are simulated and analyzed respectively. The conclusions are as follows: (1) the closer the rotor is to the outlet of the Laval nozzle, the longer the region of supersonic flow and low temperature behind the rotor is, and the longer the low pressure region is. The higher the gas-liquid separation efficiency is, the (2) the conical angle of the gradual expansion tube of the Laval nozzle affects the flow field characteristics of the separator, and the too large or too small cone angle will make the flow field characteristic in the downstream region worse, thus affecting the separation efficiency of the gas and liquid in the swirl pipe. Especially when the cone angle is too large, strong shock waves are easily produced at the outlet of the Laval nozzle. (3) the exit back pressure affects the position of shock wave in the internal flow channel of the separator. With the increase of the outlet back pressure, the shock wave moves to the upstream of the supersonic separator; The smaller the outlet back pressure, the better the overall flow field characteristics and the higher the gas-liquid separation efficiency in the swirl tube. In this paper, the indoor experimental system of variable diameter supersonic separator is studied, the main contents and methods of installation and debugging are planned, and the measurement instruments are selected. Finally, a detailed experimental scheme and flow chart are worked out.
【學(xué)位授予單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TE96

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本文編號(hào)：2329826